Тема 3 : Природні фактори глобального впливу на біосферу

1.Класифікація факторів впливу на біосферу.

Екологі́чні фа́ктори або Фа́ктори середо́вища — сукупність усіх чинників середовища (температура, вологість, світло, гравітація, субстрат, живі організми тощо), що діють на живий організм або надорганізмову систему (моноцен, демоцен, плейоцен, біом, біосфера). Не всі вони однакові за своїм значенням, вплив окремих компонентів взагалі незначний. Всю різноманітність екологічних факторів ділять за походженням і характером дії на три великі групи — абіотичні (гр. а — заперечна частка і bios — життя), біотичні та антропогенні. До абіотичних відносять фактори неорганічної, або неживої, природи, до біотичних — вплив живої природи, а також людини. Антропогенні фактори зумовлені діяльністю людини, вплив її на природу може бути як свідомим, так і стихійним, випадковим. Такий поділ певною мірою є умовним, бо кожен з факторів існує і проявляється лише як результат загальної дії середовища.

Середовище впливає на організм через абіотичні фактори температури, вологості, світла, тиску, хімічних характеристик субстрату тощо, а організм на середовище впливає, головним чином, зміною хімізму субстрату, виснаженням трофічних і енергетичних ресурсів і зміни мікрокліматичних оточуючих умов. Вплив середовища на окремий організм, за посередництва біотичних факторів, проявляється в доступності трофічного ресурсу (наприклад, їжу може з'їсти інша тварина), можливості розмноження (наприклад, зустріч з особиною протилежної статі, наявності вільної території для розмноження і виведення потомства тощо), загроза хижака (наприклад, особину може з'їсти хижак) тощо.

Екологічні фактори впливають на поведінку тварини, її активність, обмінні процеси в її організмі, розвиток і морфогенез. Будь-який фактор має або безпосередній вплив, або сигнальний (опосередкований) вплив на організм. У першому випадку чинник впливає механічно (наприклад, гравітація, електричне і магнітне поля, вітер тощо) або фізіологічно — зміною обмінних процесів (наприклад, зміна температури середовища приводить до прискорення або уповільнення метаболізму) та зміною внутрішнього середовища (наприклад, зневоднення). У другому випадку зміна будь-якого фактору може бути дуже незначною і не чинить якогось відчутного впливу на організм, проте, ця незначна зміна слугує сигналом організму для початку внутрішніх перебудов до можливих змін у середовищі (наприклад, зміна довжини світлового дня є сигналом до початку міґрацій у перелітних птахів) 2. Геофізичні та космічні фактори.

На еволюційні процеси біосфери активно впливають фізико-географічні, космічні явища, ритми, зокрема інтенсивність сонячної активності, на що першим вказав О. Чижевський - засновник сучасної науки про вплив Сонця на всі життєві процеси - геліобіології.

Сонце висвітлює і зігріває нашу планету, без цього було б неможливе життя на ній не тільки людини, але навіть мікроорганізмів. Сонце - головний (хоча і не єдиний) двигун процесів, що відбуваються на Землі. Але не тільки тепло і світло одержує Земля від Сонця. Різні види сонячного випромінювання і потоки часток впливають на її життя.

Сонце посилає на Землю електромагнітні хвилі всіх областей спектра - від багатокілометрових радіохвиль до гамма-променів. Околиць Землі досягають також заряджені частки різних енергій - як високих (сонячні космічні промені), так і низьких і середніх (потоки сонячного вітру, викиди від спалахів). На кінець, Сонце випускає могутній потік елементарних часток - нейтрино. Однак вплив останніх на земні процеси пренебрежимо мале: для цих часток земна куля прозора, і вони вільно крізь нього пролітають.

Тільки дуже мала частина заряджених часток з міжпланетного простору попадає в атмосферу Землі (інші чи відхиляє чи затримує геомагнітне поле). Але їхньої енергії досить для того щоб викликати полярні сяйва і зміни магнітного поля нашої планети, усе це неминуче впливає на все живе і, можливо, неживе на планеті Земля.

Спостереження за хворими гіпертонічною хворобою показали, що частина хворих реагувала за добу до настання магнітної бури. Інші почували погіршення самопочуття на початку, чи середині по закінченні геомагнітної бури. На початку і протягом бури збільшувався систолическое тиск (приблизно на 10 - 20%), іноді наприкінці , а також у продовження першої доби після її закінчення збільшувалося як систолическое, так і диастолическое артеріальний тиск. Тільки на другу добу після бури артеріальний тиск у хворих стабілізувалося.

Проведені дослідження показали, що найбільше згубно на хворих діє бура в її початковий період. Аналіз численних медичних даних вивів також сезонний хід погіршення здоров'я під час магнітних бур; він характеризується найбільшим погіршенням у весняне рівнодення, коли збільшується число і вага судинних катастроф (зокрема , інфарктів міокарда).

Виявлено зв'язок сонячної активності і з функціонуванням інших систем організму, з онкозаболеваниями. Зокрема , вивчалася захворюваність раком у Туркменії за час одного циклу сонячної активності. Було встановлено, що в роки зниження сонячної активності захворюваність злоякісними пухлинами зростала. Найбільша захворюваність раком мала місце в період спокійного Сонця, найменша - при найвищій сонячній активності. Припускають, що це зв'язано з гальмуючим дією сонячної активності на малодифференцированные клітинні елементи, у тому числі на ракові клітки.

Під час магнітної бури частіше починаються передчасні пологи, а до кінця бури збільшується число швидких пологів. Учені також прийшли до висновку, що рівень сонячної активності в рік народження дитини істотно відбивається на його конституційних особливостях.

Дослідженнями в різних країнах на великому фактичному матеріалі було показано, що число нещасливих випадків і травматизму на транспорті збільшується під час сонячних і магнітних бур, що порозумівається змінами діяльності центральної нервової системи. При цьому збільшується час реакції на зовнішні світловий і звуковий сигнали, з'являється загальмованість, повільність, погіршується кмітливість, збільшується імовірність прийняття невірних рішень.

Проводилися спостереження впливу магнітних і сонячних бур на хворих, що страждають психічними захворюваннями, зокрема , маніакально-депресивним синдромом. Було встановлено, що в них при високій сонячній активності переважали маніакальні фази, а при низкою - депресивні. Просліджувався чіткий зв'язок між обертаністю в психіатричні лікарні й обуреністю магнітного полючи Землі. У такі дні збільшується кількість випадків суїциду, що аналізувалося за даними викликів СМП.

Необхідно відзначити, що хворий і здоровий організм по-різному реагує на зміни космічних і геофізичних умов. У хворих ослаблених, стомлених, емоційно хитливих облич у дні, що характеризуються зміною космічних і геофізичних умов, погіршуються показники енергетики, імунологічної захисту, стану різних фізіологічних систем організму, з'являється психічна напруга. А психологічно і фізично здоровий організм виявляється в стані перешикувати свої внутрішні процеси відповідно до умов зовнішнього середовища, що змінилися. При цьому активується імунна система, відповідно перебудовуються нервові процеси й ендокринна система; чи зберігається навіть збільшується працездатність. Суб'єктивно це сприймається здоровою людиною як поліпшення самопочуття, підйом настрою.

Розглядаючи психоемоційні прояви в періоди космічних і геофізичних збурювань, необхідно сказати про важливий аспект керування мисленням і психоемоційним станом. Відзначено, що психоемоційний настрой на творчу працю є могутнім стимулом активності внутрішніх резервів організму, що дозволяє легше переносити екстремальні впливи природних факторів. Спостереження не одного покоління вчених говорять про те, що людина, що знаходиться в стані творчого підйому, стає малочутливим до будь-яких впливів хвороботворних факторів.

Вплив Сонячної Активності на дитину. Відомо, що будь-яке навантаження дається дітям великою напругою психічних, емоційних і фізичних функцій. Під час екстремальних космічних і геофізичних ситуацій страждає енергетика дитини, розвиваються функціональні розлади з боку нервової, ендокринної, серцево-судинної, дихальної й іншої систем. Дитина відчуває дискомфорт, що не може пояснити. З'являються порушення сну, занепокоєння, плаксивість, губиться апетит. Іноді може підніматися температура. Після закінчення екстремальної ситуації усі приходить у норму, і в цьому випадку прибігати до лікування невідомої хвороби не потрібно. Лікарська терапія дітей, які відреагували на зміну геомагнітної обстановки, не виправдана і може мати несприятливі наслідки. У цей час дитині більше необхідна увага близьких людей. У дітей у такі моменти може з'явитися підвищена збудливість, порушення уваги, деякі стають агресивними, дратівливими, уразливими. Дитина може більш повільно виконувати шкільну роботу. Нерозуміння стану дітей у такі періоди з боку батьків, вихователів, учителів збільшує негативне емоційне тло дитини. Можуть виникати конфліктні ситуації. Чуйне відношення до дитини, підтримка в подоланні психологічного і фізичного дискомфорту - найбільш реальний шлях до досягнення гармонічного розвитку дітей. Ще більше труднощів може бути при збігу підвищеної геомагнітної активності з початком навчального року. У цій ситуації, як показують спостереження вчених, допомагає творчий початок. Іншими словами, навчальний матеріал, методика його піднесення повинні викликати в дитини інтерес до пізнання нового. А це приведе до задоволення потреби у творчій діяльності і стане джерелом радості. Освоєння шкільного матеріалу повинне бути спрямоване більше не на механічне запам'ятовування, а на навчання творчого осмислення і використання знань.

Так, люди, породжені в період активного Сонця, менш чуттєві до магнітних бур. Усе більше даних свідчить про те, що сила фактора зовнішнього середовища в період розвитку вагітності, а також зміни в самому організмі матері визначає стійкість майбутньої людини до тих чи інших екстремальних умов і схильність до визначених захворювань. Це дозволяє припустити, що сила впливу космічних, геофізичних і інших факторів, їхнє співвідношення і ритм впливу на організм вагітної жінки як би заводять внутрішній біологічній годинник кожного з нас.

Результати наукових спостережень за сонячною активністю протягом останніх 170 років дозволяють віднести максимум 11-літнього циклу в 2001р. до самого могутнього за цей період. Він збігається з входженням у максимум 576 літнього циклу протистояння великих планет у 2000р., що дозволяє вченим припустити посилення психопатогенного космічного впливу на біосферу в 2000-2001р., а далі в 2004-2006р. викликати найбільше посилення сейсмічної активності Землі в новітній історії. 3. Природні і іонізуючі фактори середовища.

Іонізуюче випромінювання - будь-яке випромінювання (безпосереднє і опосередковане), взаємодія якого із середовищем зумовлює утворення електричних зарядів різних знаків, тобто спричинює іонізацію. З цим поняттям пов'язане поняття радіоактивності. Розпад ядер атомів радіоактивних елементів (радіонуклідів) супроводжується виділенням енергії у вигляді іонізуючого випромінювання. Усе живе на Землі з моменту зародження життя зазнає впливу іонізуючої радіації. Еволюція відбувається в умовах постійної дії радіоактивного випромінювання, що свідчить про пристосованість організмів до фонових доз і відсутність їх негативного ефекту. Основним джерелом опромінення живих організмів на Землі є вторинне космічне випромінювання. Проте, за останнє століття створено штучні джерела іонізуючого випромінювання, які сприяють збільшенню природного рівня радіації, що негативно позначається на живих системах. До джерел штучного іонізуючого випромінювання, що забруднюють навколишнє середовище радіонуклідами, належать: випробування ядерної зброї, промислові ядерні вибухи, підприємства атомної енергетики (зокрема, аварії ядерних реакторів) тощо.

Дію іонізуючого випромінювання живі організми не відчувають, оскільки вони не мають специфічних рецепторів для сприймання радіації. Ефект впливу радіації на живі організми залежить не тільки від спричинених випромінюванням змін в окремих клітинах і тканинах, а й від порушень взаємозв'язку між ними і відхилень у перебігу реакцій, властивих організму як живій системі. Існує взаємозв'язок між рівнем розвитку організму й чутливістю до іонізуючого випромінювання. Так, багатоклітинні організми чутливіші, ніж одноклітинні; найбільшу чутливість мають ссавці, особливо людина.

Механізми біологічної дії іонізуючої радіації на живі організми досить складні і вивчені недостатньо. Але відомо, що в різних видів іонізуючого випромінювання вони схожі - від первинних процесів поглинання і передачі енергії випромінювання до морфологічних і фізіологічних порушень в опромінених організмах. Залежно від рівня біологічної організації існують такі види уражень:

• молекулярний - ушкодження ДНК, РНК, ферментів, вплив на процеси обміну;

• клітинний - ушкодження біологічних мембран, ядер, хромосом, мітохондрій, лізосом, припинення поділу і загибель клітин, перетворення їх у злоякісні;

• тканинно-органний - ураження кісткового мозку, центральної нервової системи, травного каналу; загибель, зумовлена утворенням злоякісних пухлин;

• організменний - скорочення тривалості життя або загибель, передчасне старіння;

• популяційно-видовий - змінення генетичних характеристик в окремих індивідів унаслідок генних і хромосомних мутацій. 4. Глобальний ефект стихійних лих.

Стихійні процеси катастрофічного характеру спостерігались у природі в різні часи. Їх неперіодичність і непередбачуваність призводить до того, що вони сприймаються як стихійні неочікувані і небезпечні. Щомісяця на Землі реєструють від 20 до 50 стихійних явищ.

Вони безпосередньо пов’язані з розвитком людської цивілізації. Ускладнення технічних і технологічних процесів, насичення виробництва сучасною технікою супроводжується різким збільшенням ціни технічної неполадки або людської помилки.

Тому друга половина ХХ ст. відзначалася найбільшими промисловими і транспортними катастрофами. Згідно зі статистичними даними, більше половини наймасштабніших катастроф у світі припали на останню чверть століття. Зростає і руйнівний ефект від катастроф. Так, на період 1980–2000 років припадає близько 50 % усіх загиблих унаслідок промислових катастроф століття.

Лідером серед антропогенних катастроф є військова діяльність, війни, випробування зброї, військові навчання. Винайдення ядерної зброї наприкінці 40-х років ХХ ст. зумовило її випробування в 50–60-х роках в усіх природних середовищах: космосі, атмосфері, гідросфері, на поверхні і в глибині літосфери.

Такі випробування, за умов відсутності повноцінної інформації про вплив радіації на природу і людей, призвели до масштабних забруднень радіоактивними ізотопами. Усього в процесі випробувань в атмосфері було здійснено 423 ядерні вибухи суммарною потужністю 217,2 мегатонн. На малюнку 21 зображено залежність вмісту радіоактивних ізотопів цезію і стронцію у продуктах харчування від ядерних випробувань в атмосфері.

Недосконалість технологічних процесів та недостатня кваліфікація технічного персоналу ставали причинами чисельних аварій і катастроф на ядерних об’єктах. Тільки на атомних електростанціях сьогодні експлуатується 432 реактори у 31країні світу, ще 53 атомні реактори будуються.

26 квітня 1986 року в Україні відбулась наймасштабніша за всю історію атомної енергетики катастрофа. Унаслідок технічної недосконалості реактору і помилок персоналу відбулось два послідовні вибухи, які зруйнували четвертий енергоблок АЕС. В результаті аварії в атмосферу потрапило близько 450 видів радіонуклідів, забруднено десятки тисяч квадратних кілометрів території, переселено близько 125 тис. людей.

Відповідно до міжнародної шкали порушення роботи на атомних електростанціях поділяють на кілька рівнів. 1рівень, найнижчий, –аномалії, 2–3 рівні – інциденти, 4–7 рівні – аварії, які супроводжуються підви щенням рівня радіоактивності за межами станції, а також ураженням людей, які працюють на цих електростанціях. Згідно з цією класифікацією, аварія на ЧАЕС відноситься до 7 рівня, аварія на атомній станції Три-Майл-Айленд у США (1979) – до 5 рівня, до 4 рівня віднесена аварія на атомній станції Сен-Лоран у Франції в 1980 році.

Загальне радіоактивне забруднення світового океану з вини людини становить 1,5 · 109 Кі, тоді як чорнобильська аварія «збагатила» світ на 5 · 107 Кі. Тобто у Світовому океані нині міститься 300 Чорнобилів.

Техногенні катастрофи часто відбуваються на підприємствах хімічної і нафтопереробної галузі промисловості. У США за період з 1980 по 1985 рік тільки на хімічних підприємствах відбулося близько 2 тис. аварій, у тому числі 130 аварій на одному заводі корпорації «Юніон Карбід» у Західній Вірджинії. В Італії у місті Севесо після вибуху на хімічному заводі у 1976 році утворилась хмара діоксину, яка накрила територію площею понад 10 км2. У результаті померло двоє дітей, захворіло декілька сот людей, загинуло близько 100 тис. голів худоби. 3 грудня 1984 року в індійському місті Бхопал у результаті аварії на хімічному підприємстві загинуло понад 3 тис. осіб, 20 тис. осіб стали інвалідами і повністю втратили працездатність, більше 200 тис. страждають на захворювання органів зору, дихання та інших внутрішніх органів. У сім’ях, що пережили катастрофу, народжуються хворі, зі слабким імунітетом діти.

Особливу небезпеку для морських екосистем становлять аварії на нафтовидобувних платформах і танкерах. Нафта і нафтопродукти потрапляють в океан унаслідок промивання паливних систем суден, перевантаження нафти у танкери, аварій. Обсяги нафтових забруднень оцінюють від 3 до 8 млн т щорічно. Райони традиційного видобутку нафти (Перська і Мексиканська затоки, Каспійське море, Північне море, Західний Сибір) нині стали зонами екологічного лиха. Зіткнення нафтоналивного судна «Екссон Валдіз» у 1990 р. з підводними скелями в Аляскинській затоці призвело до витоку у відкрите море понад 40 тис. т сирої нафти, що стало причиною забруднення морського узбережжя та акваторії моря, загибелі тисяч тюленів, морських птахів, риби, загальна сума збитків оцінювалася в декілька мільярдів доларів. Керівництво компанії, якій належало

судно, сплатило близько 400 млн доларів штрафу у федеральний бюджет за завдану шкоду навколишньому середовищу.

У результаті військових дій між Кувейтом і Іраком у 1991 році з підірваних танкерів і нафтопроводів вилилася така кількість нафти, яка вкрила 450 км берегової смуги та 1550 км2 акваторії Перської затоки, що призвело до загибелі морських черепах, птахів, крабів та інших тварин.

Щорічно в автомобільних катастрофах на дорогах світу гине понад 300 тис. осіб і близько 8 млн отримують поранення. Простежується тенденція до росту збитків і ризику, пов’язаного з транспортуванням небезпечних вантажів (отруйних, вибухонебезпечних тощо).