Курс лекции по дисциплине: «Экологические основы природопользования»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФГБОУ ВО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»  СТРУКТУРНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ СПО  НОВОСИБИРСКОЕ КОМАНДНОЕ РЕЧНОЕ УЧИЛИЩЕ ИМЕНИ  С.И. ДЕЖНЕВА КУРС ЛЕКЦИЙ     дисциплины:        ЕН.03 «Экологические основы природопользования»  для специальности: 26.02.06 «Эксплуатация судового электрооборудования  и средств автоматики» 2017 Раздел 1. Принципы рационального природопользования Тема 1.1. Взаимосвязь организмов и среды обитания Значение экологических знаний. Факторы окружающей среды, взаимосвязь организмов и среды обитания Люди повинуются законам природы, даже когда  действуют против них. И.В.Гёте Природопользование  —   это   совокупность   всех   форм   эксплуатации природных   ресурсов,   воздействие   человека   на   природу   в   процессе   ее хозяйственного использования. Чтобы подчеркнуть неразрывную связь между эксплуатацией природных ресурсов и необходимостью их сохранения, говорят о  рациональном   природопользовании   и   охране   природы.  Рациональное природопользование   относят  к   той   части   социальной   экологии,   которую называют прикладной. Цель настоящего учебника — всестороннее изучение экологических основ рационального   природопользования,   современного   состояния   природных ресурсов,   окружающей   природной   среды   и   их   охраны.   Целесообразность такого   единого   экологического   подхода   несомненна.   Он   позволяет последовательно   рассматривать   важнейшие   проблемы,   возникающие   в биосфере   из­за   нарушений   человеком   экологических   закономерностей   при использовании   природных   ресурсов.   Естественно,   что   основные   принципы природопользования   едины   для   различных   природных   ресурсов.   Поэтому знание   общих   принципов   рационального   природопользования   и   последствий нарушения   экологических   законов   необходимо   всем   специалистам,   которые проходят подготовку в средних профессиональных учебных заведениях. Настоятельная   необходимость   рассмотрения   современного   состояния окружающей среды и природных ресурсов, а также тенденций, сложившихся в сфере   природопользования   в   начале  XXI  в.,   диктуется   той   ситуацией,   в которой   оказалась   Россия   в   период   резких   экономических,   социальных   и экологических   перемен.  Социально­экономическая   перестройка   в   России совпала   с   мощными   социальными   потрясениями   во   многих   странах, происходящими на фоне нарастающего воздействия человечества на природу. Антропогенный   пресс   на   естественные   природные   ландшафты   Земли огромен. В конце XX в. мировая экономика всего за один день создавала такой же валовой продукт, который к началу XX в. был достигнут человечеством за весь   предыдущий   исторический  период   развития.   Это   значит,   что   объем хозяйственной деятельности за последнее столетие возрос в сотни раз и столь же   мощно   увеличился   антропогенный   пресс   на   естественные   природные ландшафты.  Противоречия   во   взаимоотношениях   общества   и   природы   во   второй половине XX в. стали угрожающими. Потребовался тщательный анализ причин, вызывающих разрушение озонового экрана, кислотные дожди, химическое и радиоактивное   загрязнения   среды.   Как   биологический   вид   человек   своей жизнедеятельностью влияет на природную среду не больше, чем другие живые организмы.   Однако   это   влияние   несравнимо   с   тем   огромным   воздействием, которое оказывает на природу труд человека. По мнению В. И. Вернадского, человеческая   деятельность   превратилась   в   мощную   преобразующую   Землю силу, сопоставимую с геологическими процессами. Преобразующее воздействие человеческого общества на природу неизбежно, оно усиливается по мере роста численности населения, научно­технического прогресса,   увеличения   разнообразия   и   массы   веществ,   вовлекаемых   в хозяйственный оборот. Человек   —   относительно   молодой   житель   Земли,   он   включился   в   ее экологические системы около 3,5 млн лет назад. Вначале воздействие человека на окружающую среду было незначительным, так как численность людей была небольшой по сравнению с другими видами животных и растений. Около 1,5 млн   лет   назад   она   не   превышала   500   тыс.   особей   и   росла   медленно.   В настоящее   время,   когда   население   Земли   достигло   6,5   млрд   человек, численность землян увеличивается в геометрической прогрессии. Как известно, весь окружающий нас мир, населенный живыми организмами, который   называется  биосферой,  прошел  длительное   историческое   развитие. Сами   люди   порождены   биосферой,   являются   ее   частью   и   подчиняются   ее законам.   В   отличие   от   всего   остального   живого   мира   человек   обладает разумом. Он способен оценить современное состояние природы и общества, познать законы их развития. По   мнению   академика   Н.Н.Моисеева   (1998),   человек   познал  законы, позволившие   ему   создавать   современные   машины,   но   пока  он   не   научился понимать, что существуют и другие законы, которые,  возможно, он еще и не знает, что в его взаимоотношениях с природой существует запретная черта, которую человек не имеет права переступить ни при каких обстоятельствах существует система запретов, нарушая которые он разрушает свое будущее. Даже открытые уже законы развития биосферы, общества, взаимоотношений природы   и   общества   человек   постоянно   нарушает   в   угоду   сиюминутной выгоде,   вызывая   многочисленные   локальные   и   региональные   катастрофы, приближая глобальный экологический кризис. «Совершенно   ясно,   однако,   что   никаких   очевидных   способов   исправить нанесенный   природе   вред   не   существует,   да   и   обвинение,   предъявляемое человеку   за   его   возмутительное   отношение   к   среде,  следует   строить   не   на столь очевидных фактах, как сбрасывание в реки сточных вод, опрыскивание посевов пестицидами, ружья и гарпуны охотников, выхлопные газы автомашин, расползающиеся   во   все   стороны   пригороды.   Человеку   следует   предъявить обвинение в том, что он не сумел отнестись с должным вниманием к законам, лежащим в основе экономики природы» (Р. Риклефс. Основы общей экологии). Необходимость заботиться об окружающей среде люди поняли очень давно. Сведения об особо охраняемых священных рощах, «заколдованных» озерах, религиозных табу на вылов рыбы и добычу животных дошли до нас из глубокой древности. Именно священные рощи, монастырские владения стали основой первых заповедников (резерватов). Издавна особо охранялись места княжеских и   царских   охот,   в   средневековье   таких   своеобразных   заповедников существовало очень много. Первым в мире национальным парком считается Йеллоустонский национальный парк, созданный в США в 1872 г. В дальнейшем государственные   заповедники,   заказники,   резерваты,   национальные   и природные парки организовывались во всех странах мира, особенно активно после Второй мировой войны. Однако локальные, хотя и строго охраняемые участки   биосферы   не   решают   проблем,   связанных   с   общим   ухудшением состояния окружающей природной среды. Стало   ясным,  что   сохранение   экспоненциального   роста   населения   Земли, быстрая антропогенная трансформация естественных природных экосистем, дальнейшее   загрязнение   окружающей   среды   могут   привести   к катастрофическим последствиям вплоть до гибели человеческих популяций. Понимание общих причин  деградации биосферы  пришло только в  XX  в. и в полной мере осознано далеко не всеми. Трудности заключаются в том, что последствия   антропогенного   воздействия   на   природу   не   всегда   очевидны   и часто проявляются через десятилетия, а теоретические основы рационального природопользования и охраны природы были разработаны усилиями многих ученых из разных стран лишь к середине XX в. Естественно­научной   основой   природопользования   и   охраны   природы служат  законы экологии,  в частности  учение о биосфере,  основоположником которого является выдающийся отечественный ученый В. И. Вернадский (1863 —1945). Главные идеи учения о биосфере он изложил в статьях, объединенных общим названием «Биосфера» (1926). В. И. Вернадский рассматривал биосферу не   как  простую   совокупность   живых   организмов,   а   как   единую термодинамическую   оболочку,  в   которой   сосредоточена   жизнь   и   осу­ ществляется постоянное взаимодействие живых организмов с неорганической средой посредством обмена веществ и потоков энергии. Биосфера. Биогеоценоз. Биосфера как область взаимодействия общества и природы  Биосфера  —   это   окружающее   Землю   пространство,   в   котором   живое вещество (совокупность всех живых организмов) действует как геологическая сила, формирующая лик Земли. Как известно, границы биосферы охватывают гидросферу (до глубины примерно 12 км), нижний слой атмосферы (до высоты 15— 18 км) и верхний слой литосферы (до глубины 5 км). Центральным   звеном   в   учении   В.   И.   Вернадского   о   биосфере   является представление о живом веществе (совокупность всех живых организмов) и его исключительной роли в преобразовании облика Земли. Масса живого вещества составляет в биосфере всего лишь 0,01—0,02  %  массы костного (неживого). Живые   организмы  сосредоточены   в   относительно   тонком   слое,   толщина которого не больше 30 км. В. И. Вернадский выделил две формы концентрации живых   организмов   (живого   вещества)   на   планете:   жизненные   пленки   и сгущения жизни. «Пленка» живого вещества покрывает  поверхность планеты относительно тонким слоем. Так, даже на поверхности антарктических снегов  «Сгущения   жизни»   —   это   наиболее существуют   некоторые   бактерии. благоприятные   для   жизни   участки   планеты,  где   живых   организмов   намного больше, чем в пленках: прибрежные, рифовые, поймы и устья рек. По словам В. И. Вернадского на земной поверхности нет химической силы более   постоянно   действующей,   а   потому   более   могущественной   по   своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Именно живые организмы, в частности зеленые растения, улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца. Растения не только поглощают энергию солнечных лучей, но и синтезируют   органические   соединения   из   неорганических.   Этот   мощный энергетический потенциал, созданный зелеными растениями, является основой существования всего живого, в том числе и человека, на нашей планете. От других компонентов биосферы живые организмы отличаются большим разнообразием, повсеместным распространением, избирательным характером биохимической деятельности и высокой активностью. Большое   внимание   в   своих   работах   В.   И.   Вернадский   уделял   ор­ ганизованности биосферы, которая проявляется в согласованном воздействии живого   и   неживого,   взаимной   приспособленности   организмов   и   среды.   По словам Вернадского, организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но и которая приспособлена к нему. В.И.Вернадский   показал   превращения   химических   веществ,   миграции химических элементов и накопление их в определенных участках биосферы при   участии   живых   организмов.   Организмы   связаны   с   окружающей   средой биогенным   потоком   атомов.   Питание,   дыхание,   размножение   организмов   и связанные   с   ними   процессы   создания,   накопления   и   распада   органических соединений обеспечивают постоянный круговорот веществ и потоки энергии в биосфере. Примером   такого   круговорота   в   биосфере   может   служить   круговорот одного из важнейших биогенных элементов — углерода. В среднем на углерод приходится более 18% массы организмов. В земной коре он занимает лишь 11 ­е место по массе среди других элементов, составляя 6,5­1016 т, или 0,35 %. Основная   масса   обменного   фонда   углерода   планеты   сосредоточена   в углекислом газе (диоксиде углерода — С02). Интересно, что в гидросфере его значительно больше, чем в атмосфере: 6,5­1014 т против 1011 т (в пересчете на углерод), так как он хорошо растворим в воде. Поэтому Мировой океан служит мощным буфером, регулирующим содержание углекислого газа в атмосфере. Углекислый   газ   —   важное   связующее   звено   между   живой   и   неживой природой.  Фотосинтезирующие   организмы  (зеленые   растения   и  синезеленые водоросли) поглощают С02 из атмосферы или воды и под действием солнечной энергии   создают   органические   вещества   (глюкозу).   Суммарное   уравнение фотосинтеза выглядит так: 6С02 + 6Н20  C6Н12О6 + 602 Все   многообразие   углеродсодержащих   органических   соединений   в   живых организмах  исходно  было  создано  в результате  фотосинтеза   из  углекислого газа   и   воды   с   образованием   глюкозы   и   ее   дальнейшей   трансформацией   в клетках   живых   организмов.   Ежегодно   в   процессе   фотосинтеза   на   Земле образуется   около   150   млрд   т   органических   веществ,   при   этом   усваивается около   300   млрд   т   С02  и   выделяется   примерно   200   млрд   т   02.   Животные, бактерии   и   грибы,   поедая   растения,   встраивают   связанный   в   химических соединениях   углерод   в   свои   клетки   и   ткани.   Высвобождение   углерода   из органических   соединений   происходит   в   процессе   дыхания   всех   живых организмов, включая сами растения и человека. При этом выделяется энергия, запасенная   путем   фотосинтеза   и   необходимая   всем   живым   организмам   для жизнедеятельности. Суммарно химическая реакция дыхания обратна реакции фотосинтеза   и   аналогична   реакции   горения   органических   веществ,   также протекающей   с   выделением   С02  и   энергии.   Таким   образом,   в   результате дыхания   и,   частично,   горения   углекислый   газ   (и   связанный   в   нем   углерод) становится   вновь   доступным   растениям.   Так   как   углерода   в   атмосфере   и гидросфере   сравнительно   немного,   растения   всего   за   несколько   лет   могут исчерпать его, связав в органические соединения. Основное депо обменного углерода сосредоточено в почве. Этот углерод высвобождается медленно при дыхании   почвенных   организмов:   личинок   насекомых,   червей,   простейших, грибов   и   бактерий,  потребляющих   мертвую   органику   почв.   Таким   образом, суммарно   весь   углерод   обменного   фонда   совершает   полный   цикл,   проходя через живое вещество. Однако   обменный   фонд   углерода,   участвующий   в   биологическом круговороте,   составляет   лишь   малую   часть   (доли   процента)   его   запасов   в земной   коре.   В   течение   миллионов   лет   огромное   количество  углерода изымалось   из   атмосферы   и   гидросферы   из­за   неполноты   биологического круговорота.   В   тех   местах   Земли,   где   было   недостаточно   кислорода, происходило накопление органического вещества, отложение углерода в виде торфа, каменного угля, горючих сланцев, скоплений нефти и природного газа. Огромные   запасы   углерода   содержатся   в  органогенных  осадочных  породах: известняках,   мелах,   доломитах.   Общая   масса   углерода   в   резервном   фонде оценивается специалистами в 1016 т. В современных условиях человек, сжигая органическое топливо (нефть, газ, каменный уголь), увеличивает концентрацию С02  в атмосфере. Последствия этого   процесса   рассматриваются   в   соответствующих   главах   настоящего пособия. С подобными же круговоротами веществ связана миграция атомов многих других элементов (Н, О,  Nr  P,  S,  Fe,  Mgr  Mo,  Mn,  Cu,  Zn,  Ca,  Na, К и др.), отражающая   способность   живого   вещества   перераспределять   атомы   разных элементов   в   биосфере.   Многие   организмы   способны   накапливать, концентрировать   в   себе   определенные   элементы   при   очень   малом   их содержании в окружающей среде. Например, железобактерии аккумулируют в себе   железо;   моллюски   и   многие   кишечнополостные   —   кальций;   хвощи, диатомовые   водоросли,   радиолярии   —   кремний;   губки   —   йод;   асцидии   — ванадий.   Отмирая   и   накапливаясь   в   отложениях,   они   образуют   запасы   из­ вестняка,   мела,   трепела,   сульфидов.   Благодаря   деятельности   живых организмов   на   Земле   образовались   почвы,   залежи   торфа,   каменного   угля, горючих   сланцев,   скопления   нефти   и   природного   газа.   Для   своей жизнедеятельности   организмы   берут   вещества   и   энергию   из   окружающей среды,   выделяя   продукты   обмена.   Таким   образом,   они   преобразуют окружающую среду уже тем, что в ней живут. Живое   вещество   представляет   собой   самую   активную   форму   материи, производя   гигантскую   геохимическую   работу.   Важнейшие   функции   живого вещества в биосфере (по В. И. Вернадскому) следующие: • газовая   —   основная   масса   газов   на   Земле   имеет   биогенное происхождение,   например,   кислород   в   атмосфере   накоплен   в результате   фотосинтеза,   газы   в   почве   пополняются   за   счет проникновения   из   воздуха   и   разложения   органических   остатков, деятельностью   живых   организмов   обусловлены   миграция   и превращения   газов   в   биосфере,   формирование   газового   состава атмосферы; • концентрационная  — многие организмы извлекают и накапливают в своих телах химические элементы, рассеянные в окружающей среде, используя   их   для   построения   собственных   тел,   например, концентрация С,  Ca,  N,  Fe,  Mn, Си, Ва,  I,  V, К,  Na,  Si  и некоторых других химических элементов в живых организмах в сотни и тысячи раз выше, чем в окружающей среде — углерод служит для образования органических   веществ   в   растениях,   кальций   концентрируется   в раковинах моллюсков и фораминифер, формирует скелет коралловых полипов,   из   кремния   образуется   скелет   диатомовых   водорослей   и радиолярий, много йода содержат бурые водоросли; • окислительно­восстановительная   —   живые   организмы   осуществляют превращения химических веществ при их окислении и восстановлении, в результате чего обеспечивают газообмен, водные организмы создают условия для растворения некоторых нерастворимых в воде веществ, перевода в осадок и отложения солей некоторых металлов (V, Mn, Fe) с   переменной   валентностью,   пример   восстановительной   функции   — образование сульфитов (H2S, FeS2, ZnS, CuS) бактериями; • биохимическая   —   образование   органических   соединений   при   росте, • размножении и перемещении в пространстве живых организмов; энергетическая   —   аккумуляция   солнечной   энергии   и   последующее перераспределение   ее   между   живыми   организмами   —   на   Земле существует   единственный     процесс фотосинтеза,   который   аккумулирует   солнечную   энергию   путем создания   органических   веществ,   накопленная   растениями   солнечная энергия   обеспечивает   протекание   в   биосфере   всех   жизненных процессов, часть ее за длительные геологические периоды накопилась в связанном   виде   в  залежах   торфа,  каменного  угля,  горючих  сланцев, запасах нефти и природного газа. (поистине   планетарный) Важнейшей   частью   учения   В.   И.   Вернадского   о   биосфере   является представление о ее возникновении и развитии. В эволюции биосферы выделяют следующие основные исторические этапы: I — возникновение и развитие жизни в воде; II — появление у гидробионтов симбионтов и паразитов (формирование новой среды внутри организмов хозяев);  III  — заселение организмами новых сред   —   почвенной   и   наземно­воздушной;  IV  —   появление   человека   и формирование его как биосоциального существа; V — переход биосферы под воздействием разумной деятельности людей в качественно новое состояние — ноосферу   (сферу   разума),   когда   разумная   деятельность   людей   становится важнейшим фактором ее дальнейшего развития. В   целом   учение   В.   И.   Вернадского   о   биосфере   составляет   основу современных представлений о взаимодействии живой и неживой природы. Оно служит   научной   базой   рационального   природопользования   и   охраны окружающей среды. Одно из важнейших условий рационального природопользования и охраны природы   —   эффективное   эколого­природоохранное   образование.   К пониманию этого факта Россия прошла непростой  путь. Еще в 1950­х гг. на людей, заботящихся о сохранении муравьев, чистоте речек и родников, смотрели как на чудаков. После принятия в 1960 г. Верховным Советом РСФСР Закона «Об   охране   природы»  был   введен   в   учебные   планы   вузов   курс   «Охрана природы»,   готовящих   студентов   по   биологическим,   географическим, сельскохозяйственным специальностям. Тогда же разделы по охране природы вошли в программы и учебники по биологии, географии, химии для средней школы.   В   средней   школе,   профессионально­технических,   педагогических   и других училищах, техникумах, вузах появились факультативные и специальные курсы природоохранного содержания. Однако общая экологическая культура населения в России остается пока очень   низкой.   Она   зависит   в   первую   очередь   от   уровня   эколого­ природоохранной   подготовки   всего   населения,   его   убежденности   в необходимости   совершенствования   экологических   знаний,   от   широкого эколого­природоохранного просвещения, в том числе через средства массовой информации.   Важное   значение  имеет   эколого­природоохранная   подготовка студентов,   профессиональная   деятельность   которых   связана   с   разведкой, добычей,   переработкой   и   использованием   природных   ресурсов.   От   их компетентности   во   многом   зависят   рациональность   природопользования   и состояние окружающей среды. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДУ НА РАЗНЫХ ЭТАПАХ РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА Окружающей   природной   среде   свойственно   естественное   устойчивое равновесие протекающих в ней процессов, которое сложилось в течение многих миллионов лет. Древнейшие   люди   своей   жизнедеятельностью   влияли   на   существующее   в природе равновесие не больше, чем другие виды животных, до тех пор, пока численность населения оставалась небольшой, а средства производства были примитивными. На протяжении многих тысячелетий численность древнейших людей   регулировали  естественные   процессы:   наличие   доступной   пищи   и укрытий, болезни, хищники, паразиты и т.д. Жили древнейшие люди за счет присваивающего хозяйства: сбора съедобных растений, ловли рыбы, охоты. Как известно, начальную форму социальной организации древнейших людей называют первобытным человеческим стадом, или праобщиной. Зарождение ее, видимо,   совпадает   со   временем   выделения   человека   из   животного   мира,   с началом сознательного изготовления и применения орудий труда (около 2,7 млн лет назад), а завершение — с формированием общинно­родового строя (100 — 40 тыс. лет назад). Полагают, что переход от праобщины к родовой общине происходил постепенно в раннем и среднем палеолите. Прогрессивное развитие каменных орудий, становление современного человека и постепенное формирование родового общества свидетельствуют о том, что праобщина не была застывшей единообразной формой существования наших предков. Историки   различают   раннюю   праобщину   древнейших   людей   и   более развитую праобщину неандертальцев, которую иногда называют первобытной общиной.   Праобщины   представляли   собой,  предположительно,   небольшие группы   людей   из   20   —   30   взрослых  особей.   Трудно   представить,   чтобы большая   группа   древнейших   людей   могла   прокормить   себя   при   слабой технической   оснащенности   и   трудности   добывания   пищи.   Собирательство требует значительного времени и дает немного сравнительно низкокалорийной пищи. Охота на крупных животных, которой занимались неандертальцы, была тяжелой   и   опасной,   не   всегда   удачной,   часто   сопровождалась   многими жертвами. Группы наших предков передвигались с места на место, туда, где было безопаснее и больше пищи. Следы деятельности древнейших  людей на местах   стоянок   быстро   сглаживались   природой,   как   только   охотники   и рыболовы покидали их. В тех случаях, когда укрытия (пещеры, навесы скал) были удобными, а по соседству   находилось   много   добываемых   животных   и   съедобных   растений, группы   древнейших   людей   долго   жили   оседло.   Известны   стоянки,   которые использовали многие поколения людей в течение нескольких столетий. Сведений   о   ранних   этапах   воздействия   людей   на   окружающую   среду сравнительно немного. Чаще всего оно сказывалось на численности крупных животных,   которых   добывали   при   коллективных  охотах.   Некоторые исследователи  полагают, что исчезновение  пещерного медведя, шерстистого носорога, мамонта связано с перепромыслом их первобытными охотниками. Раннеродовая   община,  как   и   праобщина,  характеризовалась   примитивным присваивающим   способом   хозяйствования.  Однако   ни   во   временном,  ни   в пространственном отношении раннеродовая община не была единообразной. За 25   —   30   тыс.   лет   существования   человечество   прошло   значительный   путь развития и в разных  районах создало разнообразные формы производственной деятельности.   Заметно   расширился   ассортимент   орудий   труда.   Важное значение   имело   изобретение   лука   со   стрелами,   широкое   использование которого считают гранью между двумя этапами присваивающей хозяйственной деятельности:   архаическим   собирательством   и   более   развитым   охотничье­ собирательным хозяйством, во многих районах сочетавшимся с рыболовством и   бортничеством.  Эта   грань   не   универсальна:   известны   общества   древних охотников,  которые   применяли   другие   орудия   эффективной   дистанционной охоты — духовые стрелометательные трубки и бумеранги. Однако применение лука со стрелами было распространено намного шире. Археологически период архаического собирательства соответствует среднему палеолиту (100 — 40 тыс. лет назад), а период охотничье­собирательного хозяйства — мезолиту (с 14— 12 тыс. до 6 тыс. лет до н. э.) и неолиту (с 7 — 6 тыс. до 4 тыс. лет до н. э.). Большое значение имели и другие изменения в производительных силах, в частности приручение волка и использование собак для охоты (15 —10 тыс. лет назад), совершенствование водных транспортных средств, орудий рыболовства и охоты   на   морского   зверя.  Развивались   и   навыки   коллективной   охоты. Совместный   труд   только   в   самых   простейших   случаях   ограничивался примитивной кооперацией при сборе плодов, выкапывании съедобных кореньев и др. Однако полного разделения трудовых операций между членами общины тогда   не   было,   хотя   при   загонной   охоте   выделялись   опытные  организаторы, смелые   и   осторожные   загонщики,   носильщики,   новички   и   т.д.   Усложнение производственных навыков требовало хозяйственной специализации, особенно при охоте на крупных  животных. Естественно, это лишь предположительные представления о тех довольно далеких от нас временах, палеонтологических и археологических свидетельств о которых сохранилось очень мало. Позднеродовая община позднего мезолита (с 14—12 тыс. до 6 тыс. лет до н. э.) и неолита (с 7 — 6 тыс. до 4 тыс. лет до н. э.) характеризуется развитием производящего   хозяйства земледельцев­скотоводов, скотоводов.  земледельцев,   Возникновение   производящего   хозяйства   было   важнейшим   достижением первобытной   общины,   фундаментом   дальнейшего   развития   человечества, способствовало   формированию   главных   отраслей   сельского   хозяйства   — земледелия   и   животноводства,   сохранившихся   в   основе   до   настоящего времени. Вслед за волком были одомашнены овцы и козы (около 9 — 8 тыс. лет назад), затем крупный рогатый скот (8 — 6 тыс. лет назад), верблюды (5 — 4 тыс. лет назад) и лошади (около 5 тыс. лет назад). К более позднему времени относится одомашнивание   осла,   ламы,   северного   оленя.   С   развитием   животноводства влияние   деятельности   людей   на   природу   многократно   усилилось.   Выпас крупных стад скота на пастбищах сопровождался изменением растительности и вытеснением   диких   травоядных   копытных   животных   из   коренных местообитаний. Наиболее ярко влияние сельскохозяйственной деятельности на естественные природные   ландшафты   проявилось   в   Северной   Африке   в  неолите.   История освоения людьми Северной Африки запечатлена в многочисленных наскальных рисунках — фресках и петроглифах, которые были изучены и расшифрованы благодаря  многим   экспедициям,   тщательным   исследованиям   последних десятилетий XX в. Схема антропогенных изменений, построенная на основании наскальных   рисунков,   хорошо   согласуется   с   данными   радиоуглеродного, палинологического анализов и археологическими сведениями. Трудно   представить,   что   мертвая   в   настоящее   время   пустыня   Сахара   в неолитические   времена   была   благодатным   местом   для  жизни   людей   и животных.   Известный   американский   эколог   Г.   Кларк  писал,   что   в   конце последнего   оледенения   Сахара,   по   всей   вероятности,   представляла   собой   в высшей   степени   благоприятную   среду   обитания   для   рыболовов,   охотников, скотоводов...   Озеро   Чад   занимало   площадь   в   восемь   раз   большую,   чем   в настоящее время.  Плоскогорья были покрыты средиземноморскими лесами, и на всей территории были распространены крупные животные. Населяли тогда территорию современной Сахары негритянские земледельческие народы. Уже за   5   тыс.   лет   до   н.   э.   они   создавали   замечательные   наскальные   рисунки,   а культурные слои (включая кухонные отложения) начали накапливаться с 8 тыс. лет до н. э. За 4 тыс. лет до н. э. здесь появились кочевые скотоводческие племена. Видимо, аридизация Сахары происходила в связи с естественными атмосферными  процессами, а  перевыпас  скота  приводил   к  опустыниванию. Так,  по   мнению   французских   ученых,  своим   засушливым   климатом   судано­ сахарская зона Африки обязана тому, что понижения атмосферного давления здесь   редки,   в   то   время   как   в   неолите   они   происходили   чаще,   вызывая выпадение осадков. В 4 — 2­м тысячелетиях до н. э. люди и многочисленные стада  животных жили в благоприятных условиях, а рядом с людьми обитали крупные травоядные звери, такие как слоны, носороги, бегемоты. Около 2 тыс. лет   до   н.э.   произошли   изменения   в   растительности   Сахары   ­   из средиземноморской   она   становится   характерной  для   сухих   саванн,   быстро развивается   опустынивание.   Начиная   со   второго   тысячелетия   до   н.   э.   в наскальных рисунках отсутствуют изображения представителей пресноводной фауны ­ моллюсков, рыб, крокодилов, а в культурных слоях ­ остатки этих животных. В своей деятельности люди тогда широко использовали лошадей (как   раз   тогда   появились   колесницы),   разводили   крупный   рогатый   скот, охотились на жирафов, антилоп, страусов. Описание Сахары, составленное древнегреческим историком Геродотом (490 — 425  гг.  до  н.э.),  уже   соответствует  современному  ее   облику:   цепи   дюн, тянущиеся через весь материк, от берегов Нила до Атлантического океана, затерянные   в   песках   оазисы,   отделенные   друг   от   друга   двухнедельными переходами   через   необитаемые   пространства   и   соединенные   караванными тропами. Сходные описания Сахары сделаны Страбоном (64г. до н. э. ­ 20г. н. э.) и Плинием Старшим (60 г. н.э.). Таким образом, пустыни в Сахаре существуют уже около двадцати веков. Опустынивание   более   южных   областей   Северной   Африки,   где  живут земледельцы, происходит в настоящее время по другим причинам. Эти районы страдают   от   степных   пожаров   и   многочисленных  сорняков   (растений, нежелательных в посевах и чуждых местной растительности), что приводит к гибели естественной растительности. Сравнительно недавно здесь была саванна с группами густых  деревьев, но со временем они исчезли и уступили место чахлой   сорной   растительности.   Опустынивание   этих   территорий   ускоряет вырубка деревьев на дрова. В   целом  земледелие  приводит   к   более   существенным   изменениям естественных   биоценозов,   чем   скотоводство.   Распашка   степей,  вырубка   и выжигание   лесов   под   пашни,   сооружение   ирригационных  систем   в   корне изменили   естественные   природные   ландшафты.   По   существу,   человек, занимаясь земледелием, создал новые искусственные (антропогенные) системы —   агроценозы,   сознательно   управляемые   подбором   культурных   растений, мелиорацией, агротехникой, использованием удобрений и пестицидов, сбором урожая  и   т.   д.   Сельскохозяйственная   обработка   больших   территорий вытеснила   многие   виды   растений   и   животных   из   исконных   для   них   мест обитания,   вызвала   гибель   многих   из   них,   а   другие   поставила   на   грань вымирания. Некоторые виды приспособились к новым, созданным человеком условиям,   достигли   высокой   численности,  многие   стали   сорняками   и вредителями сельскохозяйственных растений. Вначале весьма скромная форма преобразования окружающей природной среды привела в настоящее время к существенному   нарушению   естественного   экологического   равновесия, следствиями которого стали деградация почв, загрязнение поверхностных и подземных вод, эвтрофикация водоемов. Самый значительный ущерб наносится природе в тех районах, где сохранились архаичные способы ведения земледелия при высокой плотности населения. Наиболее существенные изменения в природе человек стал производить с   Промышленное   производство   требовало развитием   промышленности. вовлечения в хозяйственный оборот все новых и новых природных ресурсов. В связи с их интенсивной эксплуатацией увеличилась доля земель, используемых для   промышленных   разработок   полезных   ископаемых,   строительства   дорог, населенных  пунктов,   создания   водохранилищ.   Если   воздействия   людей   на природу носили локальный и региональный характер, то к середине XX в. они стали глобальными. К этому времени на Земле почти не сохранилось районов, на которых не сказывались последствия хозяйственной деятельности. Даже во льдах   Антарктиды  были   обнаружены   радиоактивные   осадки,   следы   ДДТ   и некоторых металлов. Воздействия человечества на природу по своему размаху достигли планетарных масштабов. Следствием научно­технического  прогресса стала   деградация   окружающей   природной   среды   в   крупных   промышленных центрах и перенаселенных районах. Учитывая мощное техногенное воздействие человека на природу в настоящее время, можно считать, что все современные ландшафты Земли представляют собой природно­антропогенные образования, которые различаются по степени техногенного влияния. Характер и глубина антропогенной трансформации естественных природных ландшафтов зависят от плотности населения, технической вооруженности общества, длительности и интенсивности воздействия. Стихийное использование природных ресурсов без соответствующих мер их защиты   и   возможности   восстановления,   интенсивное   и   все   возрастающее загрязнение   окружающей   среды   приводят   к   непоправимым   изменениям   в природе, катастрофическим явлениям в биосфере. Понимание этого вызвало в конце  XIX  —   первой   половине  XX  в.   во   многих   странах   развитие общественного движения в защиту природы. Под охраной природы понимают систему государственных, международных и общественных мероприятий, направленных на  рациональное использование, охрану   и   воспроизводство   природных  ресурсов,   на   защиту   окружающей природы от загрязнения и разрушения в интересах ныне живущего и будущих поколений   людей.  Иначе   говоря,   охрана   природы   —   это   система   мер, обеспечивающих  рациональное использование всех природных ресурсов, т. е. оптимальные   взаимоотношения   человеческого   общества   с   окружающей природной средой. Охрана   природы   стала   важнейшей   естественно­научной   и  социально­ политической   проблемой   современности,   от   правильного   решения   которой зависит   благополучное   существование   человечества.   Кризис   во взаимоотношениях   природы   и   общества   определяется   усиливающимися процессами загрязнения окружающей среды и истощения природных ресурсов, что становится препятствием для развития производительных сил общества. Особенно ярко он проявляется в конце  XX  — начале  XXI  в. в разрушении озонового экрана, выпадении кислотных дождей, радиоактивном загрязнении, резком сокращении лесов, эрозии и деградации почв и т. д. Все это может нарушить нормальный ход планетарных процессов и угрожает существованию самой   жизни   на   Земле.   Стало   ясно,   что   нельзя   беспредельно   вторгаться   в природу   и   воздействовать   на   нее   без   учета   возможных   отрицательных последствий хозяйственной деятельности. Тема 1.2. Принципы рационального природопользования Природноресурсный   потенциал.   Основные   загрязнители   биосферы   и   их классификация Природные   ресурсы  —   это   компоненты   и   свойства   природной   среды, которые   используются   или   могут   быть   использованы   для   удовлетворения разнообразных   физических   и   духовных   потребностей   человеческого общества. Природные ресурсы делятся на различные категории в зависимости от места, занимаемого ими в биосфере Земли, ограниченности и способности к восстановлению,  возможности замены при использовании, многократности потребления, видового и качественного состава, целей использования и иных признаков. Природные ресурсы используются как средства труда (земля, водные пути, вода   для   орошения),   источники   энергии   (горючие   ископаемые,   гидро­   и ветровая энергия, атомное топливо, биотопливо и т.д.), сырье и материалы (полезные ископаемые, леса, биоресурсы, запасы технической воды), продукты питания (питьевая вода,  дикорастущие растения, грибы, продукты охоты и рыболовства), объекты рекреации, средозащитные объекты. Природные ресурсы по их ограниченности, способности к восстановлению и возобновлению делятся на неисчерпаемые и исчерпаемые (схема 2). Исчерпаемые ресурсы. Эти ресурсы, в свою очередь, подразделяются на невозобновимые и возобновимые. Исчерпаемость  невозобновимых   ресурсов  определяется   их   запасами   в природе   и   интенсивностью   использования   в   народном   хозяйстве.   К невозобновимым   относят   те   ресурсы,   которые   не   возрождаются   или восстанавливаются   в   сотни   раз   медленнее,   чем  расходуются,   —   каменный уголь, нефть и большинство других полезных ископаемых. Схема 2.    Классификация природных ресурсов Запасы   таких   ресурсов   ограничены,   охрана   их   сводится   к   бережному расходованию. Возобновимые природные ресурсы — это почва, пресные подземные воды зоны активного водообмена, растительность и животный мир. Такие ресурсы по мере использования постоянно восстанавливаются, но только в том случае, если сохраняются необходимые для этого условия. Процессы возрождения разных ресурсов протекают с разной скоростью: восстановление численности  ‒ через 60­ животных происходит в среднем в течение нескольких лет, лесов  80   лет,   а   почв,   потерявших   плодородие,  ‒  через   несколько   тысячелетий. Нарушение соответствия темпов расходования и воспроизводства неизбежно ведет к истощению ресурсов и полному их исчезновению. Неисчерпаемые   ресурсы.  В   рамках   этой   группы   выделяют   водные, климатические и космические ресурсы (см. схему 2). Общие запасы воды на планете остаются неизменными и неисчерпаемыми, но под влиянием деятельности людей в отдельных районах Земли они могут сильно   уменьшаться   или   становиться   непригодными.   Даже   воды   Мирового океана в результате загрязнения нефтью и некоторыми отходами теряют свои свойства,   что   ухудшает  условия   жизни   морских   растений   и   животных. Пресные воды, необходимые для людей, стали исчерпаемым ресурсом, что связано с уменьшением водности рек, обмелением и осушением озер, загряз­ нением водоемов и подземных вод. Проблема пресной воды с каждым  годом обостряется и требует неотложных природоохранных мер. ‒ Климатические   ресурсы     атмосферный   воздух   и   энергия   ветра   ‒ неисчерпаемы. С развитием промышленности и транспорта воздух стал сильно загрязняться   вредными   веществами:   пылью,   дымом.   В   городах   и промышленных агломерациях загрязнение  атмосферы принимает опасный для здоровья   людей   характер.   Борьба   за   чистоту   воздуха   стала   важной природоохранной задачей. К  космическим ресурсам  относятся солнечная радиация и энергия  морских приливов   и   отливов.   Сами   по   себе   эти   ресурсы   в   масштабах   планеты неисчерпаемы,   но   в   городах   и   промышленных   центрах  солнечная   радиация сильно   уменьшается   из­за   задымленности   воздуха,   что   отрицательно сказывается на здоровье людей. Принципы и методы рационального природопользования В конце  XX  в. в состав экологии во все большем объеме стали включать разделы   социальной   науки.   Важно   определить   место   рационального природопользования   и   охраны   природы   в   системе  экологических   знаний. Наиболее подробную систему современных  экологических знаний предложил Н.Ф. Реймерс (1994).  Его  схема с  некоторыми  изменениями  использована  в настоящем учебном пособии (схема 1). Важнейшими разделами современной экологии являются общая, или фундаментальная, экология, рассматривающая общие экологические  законы живой природы (экосистем разного уровня), и социальная   экология,   рассматривающая   взаимоотношения   человеческого общества с природой. Необходимо еще раз подчеркнуть, что теоретической основой рационального природопользования и охраны природы служат законы фундаментальной   экологии.   Рациональное   природопользование   представляет собой прикладной раздел социальной экологии.  Природопользование      это совокупность   всех   форм   эксплуатации   природных   ресурсов,   воздействие человека   на   природу   в   процессе   ее   хозяйственного   использования.   Чтобы подчеркнуть   необходимость   заботы   о   сохранении   природных   ресурсов   и окружающей   среды,   говорят   о   рациональном   природопользовании   и   охране природы. ‒ Схема 1. Структура современных экологических знаний (по Н.Ф. Реймерсу) Причины и классификация загрязнений атмосферы Если много людей одновременно заболевает одной и той же   болезнью,   то   причину   ее  следует   искать   в  том,  что является  общим для всех людей, и в том, чем они  чаще всего пользуются. Значит, речь идет о вдыхаемом воздухе. Гиппократ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА АТМОСФЕРЫ СТРОЕНИЕ И ГАЗОВЫЙ СОСТАВ АТМОСФЕРЫ Атмосфера (от греч. atmos — пар и sphaira — шар) — газовая (воздушная) оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует атмосфера. Все живые организмы используют ее воздух для дыхания, атмосфера защищает их от пагубного воздействия космических лучей и температуры. Атмосфера, общая масса которой составляет 5,15 • 1015 т, простирается вверх от поверхности Земли примерно до 3 000 км. С высотой меняются химический состав   и   физические   свойства   атмосферы,   и   в   соответствии   с   этими различиями   ее   подразделяют   на   тропосферу,   стратосферу,   мезосферу, термосферу и экзосферу (рис. 1). ‒  над полюсами, 16­20 км  Основная   масса   воздуха   в   атмосфере   (до   80   %)   находится   в   нижнем,  ‒ тропосфере. Толщина тропосферы среднем 11­12 км: 8­10 приземном слое  км   над экватором. При удалении от поверхности Земли в тропосфере происходит понижение температуры на 6 °С на каждый километр.   На   высоте   18­20   км   плавное   уменьшение   температуры прекращается,   она   остается   почти   постоянной:   ­60  ­  70  °С.   Этот   участок  ‒ стратосфера  ‒ атмосферы   называется   тропопаузой.   Следующий   слой   занимает высоту 20­50 км от земной поверхности. В ней сосредоточена  ‒ Рис. 1. Строение атмосферы остальная часть воздуха (20%). Здесь температура повышается при удалении от поверхности Земли на 1­2 °С на каждый километр и в стратопаузе на высоте 50­55   км   составляет   0°С.   Далее,   на   высоте   55­80   км   расположен   слой мезосферы. При удалении от Земли температура в нем понижается на 2­3 °С на 1 км, и на высоте 80 км, в мезопаузе, она достигает ­75 ­ ­90 °С. Термосфера  и  экзосфера,  соответственно занимающие высоты 80   1 000 и 1 000­3000 км, представляют собой наиболее разреженные части атмосферы. Здесь встречаются лишь отдельные  молекулы, атомы и ионы газов, плотность которых в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли. Часть атмосферы, где преобладают ионы (выше 80 км), еще называют  ионосферой.  Следы газов обнаружены до высоты 10­20 тыс. км. ‒ Толщина воздушной оболочки сравнительно невелика при сопоставлении с космическими  расстояниями:  она  составляет  одну  четвертую  часть  радиуса Земли   и   одну   десятитысячную   часть   расстояния   от   Земли   до   Солнца. Плотность   атмосферы   на   уровне   моря  равна   0,001   г/см2,   т.е.   в   тысячу   раз меньше плотности воды. Между   атмосферой,   земной   поверхностью   и   другими   сферами   Земли происходит   постоянный   обмен   теплом,   влагой   и   газами,   который   вместе   с циркуляцией   воздушных   масс   в   атмосфере   влияет   на   основные климатообразующие   процессы.   Атмосфера   защищает   живые   организмы   от мощного   потока   космического   излучения.   Ежесекундно   на   верхние   слои атмосферы   обрушивается   поток   космических   лучей:   гамма,   рентгеновских, ультрафиолетовых,   видимых,   инфракрасных.   Если   бы   все   они   достигали Земной поверхности, то в течение нескольких мгновений уничтожили бы все живое. Важную   роль   играет  озоновый   экран.  Он   расположен   в   стратосфере   на высоте   20­50   км   от   поверхности   Земли.   Общее   количество   озона   (03)   в атмосфере   оценивается   в   3,3   млрд   т.   Мощность   этого   слоя   сравнительно небольшая: суммарно она составляла бы при нормальных условиях 2 мм на экваторе и 4 мм у полюсов. Концентрация озона максимальна (8 частей на миллион частей воздуха) на высоте 20­25 км. Основное значение озонового экрана заключается в том, что он защищает живые   организмы   от   жесткого   ультрафиолетового   излучения.   Часть   его   20↔ 3.   Озоновый   экран   поглощает энергии   расходуется   на   реакцию:   302  ультрафиолетовые лучи с длиной волны около 290 нм и менее, поэтому до земной поверхности доходят ультрафиолетовые лучи, полезные для высших животных и человека и губительные для микроорганизмов. Атмосферный воздух    это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли.   Воздух   не   имеет   запаха,   прозрачен,   его   плотность     1,2928   г/л, 3/л,   в   жидком   состоянии   приобретает растворимость   в   воде   голубоватую окраску. Жизнь людей невозможна без воздуха, воды и пищи, но если без пищи человек может прожить несколько недель, без воды   несколько дней, то смерть от удушья наступает через 4 5 мин.   29,18   см ‒ ‒ ‒ ‒ ‒ Основными составными частями атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ. Кроме аргона в малых концентрациях в воздухе содержатся другие инертные газы (табл. 1). В атмосферном воздухе всегда находятся пары воды (примерно 3 ­ 4 %) и твердые частицы  ‒  пыль. По газовому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до  ‒ гомосферу,  имеющую состав, сходный с приземным воздухом, и  ‒ гетеросферу  ‒  с неоднородным химическим составом. 100 км)  верхнюю  Через   атмосферу   осуществляется   обмен   веществом   между   Землей   и космосом: Земля получает космическую пыль и метеориты, а теряет самые легкие   газы     водород   и   гелий.   Атмосфера   пронизана   мощной   солнечной радиацией,   которая   определяет   тепловой   режим   планеты,   вызывает диссоциацию   молекул   атмосферных   газов   и   ионизацию   атомов.   Обширная разреженная верхняя часть атмосферы состоит преимущественно из ионов. ‒