Конспект лекций к дисциплине «Экология»
Составитель: Черепова А.О. /ЗСФ РГУП/
СОДЕРЖАНИЕ
Лекция 1. Введение в дисциплину Экология. Цели и задачи дисциплины. Структура экологии ........................................................................................... |
Лекция 2. Факторы окружающей среды ............................................................ Лекция 3. Абиотические факторы........................................................................... Лекция 5. Биотические факторы........................................................................ Антропогенные факторы......................................................................... |
Лекция 6. Понятие о пищевых цепях................................................................. |
Лекция 7. Экологическая организация природных систем ............................... |
Лекция 8. Учение о биосфере ............................................................................ |
Лекция 9. Глобальные экологические проблемы. Загрязнение окружающей среды.................................................................................................................. |
Лекция 10. Химические загрязнения.................................................................. |
Лекция 11. Физические загрязнения ................................................................. Лекция 12. Биологические загрязнения................................................................ Лекция 13. Санитарные аспекты экологии............................................................ Лекция 14. Основы рационального природопользования. Понятие о ресурсах природы.................................................................................................................... Лекция 15. Типы ресурсов. Ресурсы Томской области: их использование и охрана..................................................................................................................... Лекция 16. Экологический мониторинг и охрана природы............................ Лекция 17. Юридические основы экологии и основы экологического права Российской Федерации................................
|
|
Введение в экологию.
Впервые понятие экологии было введено в 19 веке немецким зоологом, эволюционистом Эрнстом Геккелем, который считал, что экология это «...изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружаю щей его средой, как органической, так и неорганической...».
Люди с древних времен наблюдали природу, давали описания растениям
и животным различных климатических зон. Их интересовала жизнь в природных условиях, то, как представители флоры и фауны реагируют на различные изменения климата, изменения природных циклов. Самые древние описания подобных явлений дошли до наших дней в книге натуралиста Аристотеля (4 век до н.э.) «Жизнь животных». Эволюционисты 18 19 вв К.Линней, Ч. Дарвин, Ж. Б. Ламарк, К. Рулье наблюдали приспособительные изменения организмов под воздействием раз личных факторов окружающей среды. Важнейшие наблюдения и открытия в экологии сделали путешественники 19 века: С.П. Крашенинников, И.И. Лепёхин, академик П.С. Паллас. Эти учёные в опубликованных дневниках дают описания природы и природных сообществ разных частей планеты.
Накопление фактического материала в познании природы способствовало развитию биологических наук, в том числе и экологии. Сформировавшись как наука, экология сегодня играет все возрастающую роль в решении практических задач. Появилась возможность предсказывать последствия хозяйственной деятельности человека и давать рекомендации, как вести промысел, развивать сельское хозяйство и промышленность, не истощая ресурсы среды и не разрушая природные сообщества.
В современном понимании экология – разветвленная система наук. Она
объединяет все естественные науки. Появляются принципиально новые направления экологии: социальная экология, биохимическая экология, физиологическая экология, радиоэкология и др. Кроме того, в настоящее время выделяют теоретическую экологию, вскрывающую общие законы существования природы и живых организмов, и прикладную экологию, которая призвана помочь приме нить эти законы в хозяйственной практике людей.
В настоящее время существует несколько ветвей экологии (приведем несколько основных примеров):
Экология животных изучает отношения животного мира к живой и неживой среде.
Экология растений изучает среду их обитания в зависимости от климатических условий, отношения между растениями.
Биосферная экология, изучающая глобальные изменения, происходящие на нашей планете в результате воздействия хозяйственной деятельности человека на природные явления.
Промышленная экология — исследует влияние выбросов предприятий на окружающую среду и здоровье людей и возможности уменьшения вредных выбросов за счет разработки и внедрения безотходных технологий.
Медицинская экология — изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды, и способы их предупреждения и лечения.
Экономическая экология — разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования: оценку стоимости ресурсов (вода, древесина, нефть) и размеры штрафов за их загрязнение.
Юридическая экология — разрабатывает систему законов, направленных на защиту природы. Юристы-экологи выступают адвокатами "природы" в судебных процессах.
Экология человека – комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и социальной средой. Экология человека отличается от экологии животных многообразием условий обитания и деятельности, богатством технологических средств приспособления к среде, наличием цивилизации, культуры, возможностью унаследования приобретенных знаний и навыков. Важной особенностью экологии человека является социобиологический подход - правильное сочетание социальных и биологических аспектов.
Структура дисциплины Экология.
В составе общей экологии выделяют разделы:
·Аутэкология – исследует индивидуальные связи отдельного организма (вида, особи) с окружающей его средой.
·Популяционная экология (демоэкология) – изучает структуру и динамику популяций отдельных видов.
·Синэкология – изучает взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой.
Экология классифицируется также по конкретным объектам и средам исследования – то есть различают экологию животных, экологию растений, экологию микроорганизмов.
Современная экология не ограничивается рамками биологической дисциплины. Она превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложные взаимодействия человека с окружающей средой (инженерная экология, сельскохозяйственная экология, геоэкология).
С научно-практической точки зрения экологию делят на: теоретическую и прикладную. Теоретическая вскрывает общие закономерности организации жизни, а прикладная изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Основой прикладной экологии служат законы, и принципы теоретической экологии.
Экологическими проблемами Земли занимается глобальная экология. Взаимоотношения в системе «общество-природа» изучает социальная экология. Взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром рассматривает экология человека.
ФАКТОРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
На любой живой организм беспрестанно воздействуют различные факторы живой и неживой природы (вода, ветер, растения и животные, солнце, люди и т.д.). Все эти составляющие принято называть факторами окружающей среды. Факторы окружающей среды формируют организм воздействуют на его рост и развитие, питание, размножение и т.д., т.е. являются непременным условием существования живого.
Любой живой организм испытывает на себе воздействие очень многих факторов окружающей его среды обитания (температуры, влажности, атмосферного давления и т.д.). Некоторые из этих факторов особенно важны для жизни. Такие факторы называются лимитирующими. Отсутствие хотя бы одного жизненно важного (лимитирующего) фактора приводит к гибели организма (или популяции в целом). Недостаток (или избыток) какого либо лимитирующего фактора (например, пониженная или повышенная температура) подавляет жизнедеятельность организмов. Оптимальное сочетание и количество лимитирующих факторов приводит к максимальной выживаемости организмов, формирует наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности организмов.
В зависимости от количества того или иного лимитирующего фактора, либо создаются идеальные условия существования организмов, либо условия,
подавляющие их жизнедеятельность. Показатели приспособляемости к факторам окружающей среды определяет экологическую валентность организма. Экологическая валентность – пределы выносливости живых существ между критическими точками по отношению к конкретному фактору среды.
Для каждого биологического вида существуют свои пределы выживаемости в различных средах обитания, свой оптимум лимитирующего фактора: организм может быть очень требовательным к параметрам среды и небольшое отклонение от норм приводит к подавлению жизнедеятельности или гибели организма. Такие организмы называются стенобионтами.
Широко приспособленные организмы именуются эврибионтами. Для своего существования эврибионты в процессе эволюции вырабатывали различные адаптации. Адаптация – эволюционно – выработанные и наследственно закрепленные особенности (приспособления) организмов к среде, обеспечивающие их нормальную жизнедеятельность в условиях изменившихся экологических факторов (на генетическом уровне).
Способность вида к расселению характеризуются величиной экологической пластичности (валентности): эврибионты имеют большую пластичность, нежели стенобионты, но для большинства видов экологический оптимум ограничен (рис.2).
Рис. 2. Зоны выживаемости организмов
Зона I – «Зона оптимума». Оптимальное количество лимитирующего фактора приводит к максимально благоприятным условиям существования организма.
Зона II – «Зона нормы». Количество лимитирующего фактора больше (или меньше) оптимального количества, но вполне достаточно для нормального существования организма.
Зона III – «Зона пессимума (угнетения)». Количество лимитирующего фактора находится в большом избытке (либо в большом недостатке). Организмы могут существовать, но будут находиться в пессимальном (угнетенном) состоянии.
Зона IV — «Зона смерти». Количество лимитирующего фактора намного превышает (намного меньше, либо отсутствует вовсе) условия существования организма, поэтому жизнь в этой зоне невозможна.
В качестве примера можно привести кактусы (стенобионты) и, как лимитирующий фактор, температуру окружающей среды. С повышением (или понижением) температуры от нормы (+30 градусов С) кактусы замедляют рост, размножение и, при определенных температурных условиях, вовсе погибают).
Все факторы окружающей среды принято делить на абиотические,
биотические и антропогенные.
АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ
Абиотические факторы окружающей среды – это факторы неживой при
роды (свет, температура, влажность, рельеф и т.д.), которые прямо или косвенно воздействуют на организмы. В основе своей это климатические условия существования живого организма. Совокупность этих условий на определенных участках планеты называют экотоп.
Сочетания различных абиотических факторов определило среды обитания организмов.
Среда обитания
На Земле живые организмы освоили 4 основные среды обитания, различающиеся по специфике условий – экологических факторов.
Водная среда – среда зарождения жизни, ее характерные особенности: высокая плотность (~ 1,354 г/см3); большие перепады давления (1 атмосфера /10 м глубины); низкое содержание кислорода (около 1 %); невысокая интенсивность солнечного излучения вблизи поверхности и его отсутствие на глубине; жесткий температурный режим; наличие течений.
Наземно-воздушная среда – освоена позднее водной, ее характерные особенности: газообразная среда с невысокой плотностью, с высоким содержанием кислорода, относительно небольшим содержанием воды и водяных паров, определенным химическим составом воздуха, интенсивным солнечным излучением, большими перепадами температур, погодными изменениями; определенным характером рельефа и грунта.
Почва – сформировалась под действием живых организмов, как среда обитания представляет собой относительно тонкий поверхностный слой суши, в котором твердые частицы окружены воздухом и водой, является средой обитания мелких организмов: одноклеточные используют ее как сеть водоемов; клещи, мелкие насекомые – живут в порах, заполненных воздухом (система мелких пещер); для крупных организмов (кроты, дождевые черви) – почва плотная среда с большим сопротивлением движению.
Живые организмы как среда обитания – имеет экологические преимущества (неограниченное количество пищи, защищенность от внешних факторов среды, относительно стабильные условия среды), формирующие организмы с примитивной организацией, вторичным упрощением строения, и экологические трудности (ограниченность жизненного пространства, сложность снабжения кислородом, трудности распространения от одного хозяина к другому, защитные реакции организма против паразитов).
БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Биотические факторы окружающей среды это взаимовлияния живых организмов друг на друга, а также на неживую компоненту природы
Нейтрализм организмы, сосуществуя, не оказывают друг на друга ни какого воздействия.
Аменсализм – форма сосуществования, при которой одни организмы будут подавляться сосуществованием других организмов, а те, в свою очередь, не будут получать от этого ни пользы, ни вреда. (Например, растениям, произрастающим под пологом темнохвойного леса, не будет хватать света. Нехватка лимитирующего фактора создаст угнетающие условия существования растениям (-), но хвойные деревья не испытывают при этом положительного или отрицательного воздействия от растений (0).
Комменсализм – форма сосуществования организмов, при которой один организм получает пользу от другого, не принося ему ни пользы, ни вреда. (Например, птицы трупоеды питаются остатками трапезы хищных животных (+), тем не менее хищники от этого не получают ни пользу, ни вред (0).
Конкуренция – борьба особей за оптимальные экологические условия существования. При этой форме биотических отношений организмы испытывают отрицательное воздействие друг от друга. Например: борьба за пищевые ресурсы, борьба самцов за самку, борьба за территорию и др.
Симбиотические отношения – сосуществование организмов на взаимовыгодных условиях.
Паразитизм, хищничество. При этой форме биотических отношений один организм угнетается (истребляется) другим, и существование его зависит от этого организма. Такая форма биотических отношений лежит в основе пищевых (трофических) цепей.
Понятие о пищевых цепях
Существуют две формы живых организмов по типу питания: автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы – организмы, способные получать самостоятельное питание за счет воды, углекислого газа, энергии солнца, энергии химических реакций. К таким организмам относятся растения и некоторые виды бак терий, способные к фотосинтезу (либо к хемосинтезу).
Гетеротрофы – организмы, питающиеся готовыми органическими веществами (животные, микроорганизмы). Автотрофы и гетеротрофы в средах обитания образуют пищевые (трофические) цепи.
Трофические цепи – последовательность пищевых звеньев. Цепь питания — цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества. Каждое предыдущее звено цепи питания является пищей для следующего звена.
Фотосинтез – процесс превращения лучистой энергии в энергию химических связей органических веществ (суммарный процесс фотосинтеза выражается уравнением:
6СО2 + 6 Н2О = С6Н12О6 + 6О2)
Хемосинтез – процесс образования организмами органических веществ за счет энергии химических реакций.
Продуценты – организмы, получающие питание за счет автотрофного питания (автотрофы)
Консументы – организмы, потребляющие готовые органические вещества (гетеротрофы).
Консументы I порядка (K I) используют в пищу продуцентов – растения. В основном это травоядные животные;
Консументы II порядка (K II) – используют в пищу консументов I порядка (хищники);
Консументы III порядка (K III) (встречаются довольно редко) – поедают хищников.
Редуценты (деструкторы) – гетеротрофные организмы, превращающие органические вещества мертвых организмов (детрит) в набор неорганических веществ (СО2, Н2О, Н2S и др.) .
Цепь замыкается использованием этих неорганических веществ продуцентами для своей жизнедеятельности
АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
Антропогенными факторами среды называются факторы активной деятельности человека на природу. Воздействие на природу может быть прямым (вырубка лесов и посадка аллей, выбросы заводов и фабрик и очистка территорий от загрязнений, осушение болот и создание искусственных водоемов и т.д.) и косвенным (разрушение местообитаний лесных животных, вследствие, на пример, создания агрокомплексов, либо расселение нового (не свойственного данной территории) вида растений, вследствие насаждения искусственного леса и т.д.). Антропогенное воздействие человека на природные системы во многих случаях оказывается чреватым для естественных процессов экосистем. Человек на протяжении веков стремился не только приспособиться к природной среде, но и сделать ее удобной для своего существования. Теперь мы осознаем, что лю бая деятельность человека оказывает определенное воздействие на окружающую среду. В настоящее время хозяйственная деятельность человека все чаще становится источником загрязнения биосферы, а ухудшение состояния биосферы опасно для всех живых существ, в том числе и для самого человека /
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ
Живые организмы, населяя определенные территории, образуют популяции. Популяции –это совокупность растений или животных одного вида, обитающих на общей территории и обладающих общим генофондом. Популяции, взаимодействуя друг с другом (см. биотические взаимоотношения), образуют сообщества (биоценоз).
Биоценоз – совокупность живых организмов, населяющий определенный участок планеты. (Например, биоценоз пустыни: саксаулы, солянки, тушканчики, насекомые пескожители, вараны и т.д. – то есть те растения и животные, которые населяют определенную территорию с конкретными параметрами среды).
Каждое сообщество занимает определенную территорию, которая характеризуется набором абиотических факторов (экотоп) и объектами живой природы (биоценоз).
Экотоп + Биоценоз = Биогеоценоз.
Биогеоценоз – расположенный на определенной территории природный
комплекс организмов и неорганических компонентов среды, объединенный обменом веществ и энергией.
Таким образом, живые организмы тесно связаны с абиотической компонентой (неживая природа), образуя биогеоценоз, и лишение какой либо части биогеоценоза приводит к нарушению нормального цикла процессов, либо к раз рушению всего биогеоценоза. Биогеоценозы – составные части экосистем. В экосистемах существует несколько сотен (тысяч) популяции. Однотипные сочетания абиотических факторов (рельеф, климат, освещенность и т.д.) с течением эволюции сложили определенную флору и фауну обширных территорий планеты. Примеры экосистем: таежный лес, леса Амазонии, пустыня Сахара, озеро Байкал, Атлантический океан и т.д. В этих системах непрерывно идут активные процессы круговорота веществ и энергии и основную роль в этих процессах несомненно принадлежит живым организмам.
Экосистемы – составные части биосферы.
БИОСФЕРА – часть оболочек земного шара, населенная живыми организмами.
УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
В.И. Вернадский разработал учение о биосфере как глобальной системе Земли, в которой основной ход геохимических и энергетических процессов определяется живым веществом. В основе этих процессов лежат круговороты веществ и энергии. В.И. Вернадский определил биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от +50 до 50 градусов С и давлением около 1 атм, определяющую условия жизни для организмов. Все живые организмы образуют биомассу планеты и составляют около 0,01% массы земной коры.
Границы биосферы определяются областью распространения организмов в атмосфере, гидросфере и литосфере. Верхняя граница проходит на высоте 15 - 20 км от поверхности Земли в стратосфере. Нижняя – по литосфере на глубине 2 - 3 км, где еще обнаруживаются некоторые бактерии в нефтеносных слоях. Гидросфера имеет глубину до 11 км (впадины в Тихом океане). В разных частях биосферы плотность жизни неодинакова: наибольшее количество организмов находится у поверхности гидросферы и литосферы (Вернадский назвал это явление «пленки жизни»). Содержание биомассы изменяется также по зонам: максимальную плотность имеют тропические леса, незначительную – льды Арктики, высокогорные области.
Биосфера – предельно большая экосистема земли, та ее область, которая охвачена влиянием живого вещества, включает:
·живое вещество – совокупность живых организмов, имеющих определенную суммарную массу, химический состав и энергию;
·косное вещество – совокупность веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют;
·биогенное вещество – создается и перерабатывается живыми организмами – мощный источник потенциальной энергии (каустобиолиты, известняки). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны;
·биокосное вещество – создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других (почвы, коры выветривания, все природные воды).
Функционирование биосферы.
Газовая функция. Кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза. Создание озонового слоя из кислорода в верхних слоях тропосферы – результат деятельности живого вещества. Биохимическая переработка продуцирование и потребление углекислого газа, азота, сероводорода, метана формирует и поддерживает постоянство состава атмосферы.
Концентрационная функция. Живые организмы пропускают через свое тело большие объемы различных веществ, при этом осуществляя важнейшие процессы: биосинтез органики, строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, толщ осадочных известняков, окисление и восстановление элементов микроорганизмами (азот, сера, железо,марганец) Геологические результаты концентрационной функции биосферы – месторождения серы, сульфидов, скопления железа и марганца на дне океана и т.п.
Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях. Молекулярный азот – один из важнейших биогенных элементов. Живые клетки располагают эффективными катализаторами – ферментами и способны производить окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в среде без живых организмов.
Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет при мерно 200 млрд. тонн сухого органического вещества. За это же время в процессе фотосинтеза на планете образуется 46 млрд. тонн органического углерода, 123 млрд. тонн кислорода. Все эти элементы в последствии вновь включаются в круговорот веществ.
Вмешательство человека в естественные процессы биосферы приводят к
их глобальным сдвигам. Масштабы этих вмешательств становятся угрожающими. Осознание угрозы возникновения глобального кризиса во взаимоотношении человека с природой привели к тому, что угрожающий кризис стал называться экологическим. Проблема экологического кризиса требует исследований всех сторон воздействия антропогенных факторов на живые организмы и биосферу в целом.
Биологический круговорот веществ - единство двух процессов:
- аккумуляции элементов в живых организмах; и
- минерализации в результате разложения мертвых организмов.
Образование живого вещества преобладает на поверхности суши и в верхних слоях морей.
Минерализация живого вещества преобладает в почве и глубинах морей.
В 1927 году французские ученые Леруа и де Шарден ввели понятие ноосфера – сфера разума. Они рассматривали ноосферу как некую «надбиосферную» оболочку Земли, область материального проявления деятельности разума человека. В.И. Вернадский развил представление о ноосфере как таком состоянии биосферы, в котором проходящие в ней процессы будут не только осмысливаться, но и управляться разумом. Признаками перехода биосферы в ноосферу следует считать осознание проблем глобальной экологии и принятие практических мер по их решению.
Проблемы, которые можно отнести к категории глобальных, относятся к
существованию человечества и всего земного шара в целом. К таким проблемам относятся, прежде всего, проблемы загрязнения воды, воздуха и почв. Знание законов развития и существования биосферы дает возможность прогнозирования возможных изменений течения ее процессов и их последствия.
Экологические (трофические) пирамиды.
Экологические пирамиды – это графические изображения соотношений между продуцентами, консументами и редуцентами, величины которых могут выражаться: единицами массы (пирамида биомасс), количеством особей (пирамида чисел Элтона) или энергией, заключенной в особях (пирамида энергий) (рис.6).
В биосфере постоянно идут процессы обмена веществом и энергией между атмосферой, биосферой и литосферой. Энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей в молекулах органических веществ растений (продуцентов) в процессе фотосинтеза. Это первый уровень трофической пирамиды – уровень организмов продуцентов. Часть прироста органического вещества используется в пищу травоядными животными (консументами), которые составляют уровень консументов 1 го порядка. Хищники, питающиеся травоядными и «суперхищники» составляют соответственно уровень консументов 2 го порядка и уровень консументов 3 го порядка. Таким образом, живые организмы биосферы образуют трофическую пирамиду: энергия, накопленная в растительной биомассе, используется в качестве источника энергии и «строительного» материала для создания биомассы потребителей 1 го порядка и далее по пищевой цепи.
Биомасса, производимая популяцией или сообществом на единице площади за единицу, времени называется биологической продуктивностью. Продуктивность каждого последующего трофического уровня составляет не более 10% от предыдущего. В целом, если суммарная биомасса всех организмов, обитающих на суше составляет примерно 3.000.000.000.000 тонн, то на зообиомассу приходится лишь ≈ 30.000.000.000 – 90.000.000.000 тонн, а масса живого вещества людей на планете составляет около 600.000.000 тонн.
Помимо сказанного, трофические пирамиды обозначают направление потока вещества в биосфере. Поток вещества это перемещение веществ от продуцентов к редуцентам.
Роль человека в биосфере.
Влияние человека на природу началось еще в доисторическую эпоху. Но
наиболее глубоким и действенным вмешательство в естественные процессы природы начались во времена освоения и широкого использования человеком
механической, электрической и атомной энергии. Биологическая продуктивность в узком смысле - увеличение ресурсов экономически ценных организмов на единице площади за единицу времени.
Человек создает новые формы растений и животных, увеличивает их продуктивность, акклиматизирует в новых местах обитания. Однако, наряду с пользой вмешательство в природу нередко приносит ей вред. Производственная деятельность людей приводит к нарушению законов природы, возникших за длительный процесс эволюции. В результате таких действий уничтожаются леса, уменьшается количество диких животных, биосфера отравляется отходами производств – радиоактивными, токсическими и другими ядовитыми химическими вещества ми. Вся эта деятельность приводит к возникновению глобальных экологических проблем, о которых пойдет речь в следующем разделе.
ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
На планете, пожалуй, невозможно найти места, где бы не обнаруживались загрязняющие вещества (загрязнения) .
Загрязнения – физические, химические, или биологические агенты, превышение естественной концентрации которых, приводит к нарушению (или разрушению) здоровья живых организмов. Загрязнения могут быть со временем утилизированы природой (разлагаются, потребляются деструкторами). Такие загрязнения не представляют большой опасности для природных экосистем, они называются биодеградирующими. Наибольшую опасность представляют собой небиодеградирующие загрязнения – такие загрязнения длительное время пребывают в экосистемах, приводя к нарушению (или даже к разрушению) природных систем. К таким видам загрязнений можно отнести стекло, полиэтилен, пластмассы и др.).
Загрязнения могут быть природного и антропогенного происхождения.
Процесс загрязнения биосферы можно разделить на этапы: Распространение загрязнения – включение загрязнений в биомассу – накопление загрязнений в тканях организмов (биоаккумуляция).
1. Распространение загрязнения.
Загрязнения поступают в биосферу, главным образом, при работе промышленных предприятий и двигателей внутреннего сгорания.
2. Включение загрязнения в биомассу. Выбросы загрязнений в атмосферу (или сбросы в водоемы) распространяются во все слой биосферы и активно включаются во все пищевые цепи.
3. Накопление загрязнений в тканях организма (биоаккумуляция).
Биоаккумуляция — многократное увеличение концентрации вредных веществ на каждой следующей ступени экологической пирамиды, связан ное с тем, что некоторые загрязняющие агенты, потребляемые с пищей, выводятся из организма медленнее, чем поглощаются и поэтому, со временем, всё более и более концентрируются в нём. А некоторые (в частности, ртуть) не выводятся вообще. Таким образом, каждый последующий консумент пищевой цепи потребляет пищу со всё более и более аккумулированным количеством вредных веществ, концентрация которых увеличивается в телах организмов каждого по следующего трофического уровня экологической пирамиды. Например, при не большой радиоактивности воды радиоактивность планктона повышается в 2.000 раз, рыб – в 20.000, ласточек, которые питаются летающими над водой насекомыми, в 500000 раз, т.е. каждое последующее звено в цепи питания накапливает все больше и больше загрязнения.
Накопленные в живом организме вещества загрязнители могут вызывать
синдром хронического отравления: нарушение нормального поведения, быстрое утомление, постоянное чувство усталости, бессонница, апатия и др. При хроническом отравлении одни и те же вещества у разных людей могут вызывать поражения почек, кроветворных органов, нервной системы, печени.
Многие из загрязнений являются канцерогенами. Канцерогены – вещества, способствующие развитию раковой опухоли в организме. К ним относятся: формальдегид, бензпирен, этиленоксид, никель, хлороформ и др.
Основные типы загрязнения:
I Физическое
II Химическое
III Биологическое
ХИМИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
К химическим загрязнениям относятся:
тяжелые металлы;
ядохимикаты и пестициды;
ПАВ;
оксиды углерода, азота, серы и др.;
галогены и их производные;
углеводороды и их производные
канцерогены и многие другие вещества.
Ядохимикаты и пестициды – это средства, применяемые в полеводстве и сельском хозяйстве для борьбы с заболеваниями растений, насекомыми вредителями, грызунами, сорными растениями. Многие из них являются высоко токсичными для гораздо более широкого круга организмов, чем грибы или насекомые. Чем устойчивее и токсичнее пестициды, тем серьезнее их негативное воздействие на живую природу и человека. Многие виды ядохимикатов очень опасны для человека, они являются основным мутагенами в сельском хозяйстве и занимают второе место после отходов промышленности, опережая бытовую химию, медицину и транспорт поставляют людям 21% всех химических мутагенов. Специальными исследованиями показано, что пестициды вызывают много численные нарушения деятельности нервной системы, системы пищеварения и др. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно пестицидами отравляются более 500 тысяч человек, из них около 5 тысяч – со смертельным
исходом.
Применение ядохимикатов и пестицидов на первых порах дает вполне ощутимую прибавку урожая, но все виды вредителей через несколько поколений дают формы, устойчивые к применению ядов. Следовательно, увеличивают дозу ядохимикатов, либо производят их замену на новые химические вещества (результат их применения – аналогичен, они также со временем вызовут привыкание к ним вредителей).
Пестициды, включаясь в круговорот веществ биосферы, распространяются практически во всех средах, и хотя их концентрация максимальна в зонах непосредственного применения. На нашей планете уже нет места, абсолютно свободного от присутствия хотя бы в ничтожных количествах этих ядов. Все это приводит к тому, что сельское хозяйство стало одним из наиболее опасных для здоровья видов деятельности. Проблема перевода на биологические средства защиты растений и повышения плодородия почв – одна из самых важных (например, распространение хищников определенных вредителей на поврежденных полях). Такие методы ориентируются не на полное уничтожение вредителей, а на удержание их численности на уровне минимального вреда.
Тяжелые металлы – еще одна категория весьма опасных загрязнителей
природных вод и почв. Большинство соединений таких элементов, как свинец,
ртуть, кадмий, хром и др. уже в небольших концентрациях становятся токсичны ми. Антропогенные источники опасного повышения концентрации тяжелых металлов в водах и почве – стоки промышленных предприятий и продукты сгорания топлива автомобилей. 100 метровая полоса земли по обеим сторонам автомагистрали становится отравленной, на такой земле нельзя возделывать пищевые растения, пасти скот, заготавливать сено.
Многие тяжелые металлы легко образуют комплексные соединения с органическими кислотами, накапливаются в почве и затем в телах растений (см. раздел «Кумуляция»). Таким образом, тяжелые металлы легко вовлекаются в пищевые цепи и оказывают весьма токсическое воздействие на живые организмы.
В настоящее время основными загрязнителями признаны: ртуть (Hg), свинец (Pb), кадмий (Cd), мышьяк (As), медь (Cu), ванадий (V), олово (Sn), цинк (Zn), сурьма (Sb), молибден (Mo), кобальт (Co), никель (Ni), хром (Cr), марганец (Mn). Особо опасны органические и летучие соединения ртути, селена (Se), теллура (Te), мышьяка, свинца, палладия (Pd), образующиеся в выхлопных газах автомобилей. Ниже приведены источники некоторых из приведённых загрязнителей:
− никель, ванадий, ртуть преобладают в выбросах энергетических установок;
− хром, марганец, свинец присутствуют в выбросах многих машиностроительных производств;
- свинец, кроме того, характерен для состава воздуха, загрязненного выхлопными газами автомобилей (результат использования этилированого бензина );
− цинк и медь встречаются в окружающей среде любого промышленного города.
Основным резервуаром, где откладываются тяжелые металлы, является почва. Почва накапливает многолетние поступления тяжелых металлов, попадающие в нее из атмосферы в составе газообразных выделений, дымов и техногенной пыли; в виде отходов промышленности, сточных вод, бытового мусора, минеральных удобрений, поэтому немаловажным источником повышенных микроэлементных поступлений в организм человека и животных является пища, выращенная на загрязненных почвах.
Токсичные металлы, попавшие в организм, распределяются в нем неравномерно. Первый удар принимают на себя основные органы выделения (печень, почки, легкие, кожа). В частности, попав в печень, они могут претерпевать раз личные изменения, даже с благоприятным для организма исходом, что способствуют их обезвреживанию и выведению через почки и кишечник. Если эти механизмы уже не срабатывают, то происходит накопление тяжелых металлов в организме человека. До 90 % общего содержания ртути в организме скапливается в почках. У людей, связанных с ртутью профессионально, обнаружены ее повышенное содержание в веществе головного мозга, печени, щитовидной железе и гипофизе. Свинец накапливается в костях, его концентрация здесь может в десятки и сотни раз превышать концентрацию в других органах. Кадмий откладывается в почках, печени, костях; медь в печени. Мышьяк и ванадий накапливаются в волосах и ногтях. Олово в тканях кишечника; цинк в поджелудочной железе. Сурьма близка по своим свойствам мышьяку и оказывает на организм сходное действие. Кроме токсического действия тяжелые металлы обладают канцерогенным действием. В конечном итоге тяжелые металлы понижают общую сопротивляемость организма, его защитно приспособительные возможности, ослабляют иммунную систему, нарушают биохимический баланс в организме.
Оксид углерода (СО2). Концентрация СО2 в атмосфере неуклонно рас
тет из за того, что в качестве источника энергии стали широко применяться раз личные виды ископаемого топлива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие газы, например метан, закись азота и целый ряд хлоросодержащих веществ. В результате сжигания различных видов топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается около 20 миллиардов тонн углекислого газа. Углекислый газ поступает в атмосферу также в результате деятельности живых организмов (дыхание), естественных процессов неживой природы (вулканы, лесные пожары и т.д.), но антропогенные выбросы углекислого и прочих газов в атмосферу во много раз превышают естественные и составляют несравнимо большую долю. Эти газы, накапливаясь в верх них слоях атмосферы, затрудняют тепловой обмен между космосом и Землей. Земля вырабатывает огромное количество тепла за счет биохимических процессов биосферы, химических процессов, происходящий в недрах Земли, за счет поступления солнечной энергии. Слой газов пропускает солнечные лучи, но препятствуют прохождению в космическое пространство теплового излучения с поверхности Земли. Температура атмосферы заметно повышается. Это явление получило название «парниковый эффект» .
"Парниковый эффект" — постепенное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере углекислого и других газов, которые подобно покрытию теплицы, пропускают из космоса высокоэнергетические видимые солнечные лучи, но препятствуют удалению отражённого низкоэнергетического инфракрасного (теплового) излучения с поверхности Земли.
Борьба с явлением «парникового эффекта»
По мнению экологов, наиболее действенными будут такие меры, как повышение эффективности энергопользования и переход к альтернативным видам топлива (отказ от ископаемых видов топлива, таких как нефть и уголь). В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2.
Кислые атмосферные выпады на сушу (кислотные дожди).
Кислотность атмосферных осадков в настоящее время сильно возросла. Это явление связано с процессом сжигания сланцев, природных энергоносителей (нефти, газа, угля), продуктов утилизации в быту, сельском хозяйстве и на производстве. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу не только окислов углерода, но также окислов серы и азота. Эти окислы, поступая в атмосферу, переносятся на расстояния и взаимодействуют с парами воды. В результате таких реакций образуются кислоты (рис. 2), которые выпадают в виде «кислотных дождей» на сушу.
Рис. 2. Схема механизма образования кислотных дождей
Таким образом, кислотные дожди — это любые метеорологические осадки: дожди, туманы, снег – с уровнем кислотности превышающем норму. В промышленных центрах, многочисленные выбросы приводят к образованию кислых осадков. Выпадая на поверхность Земли, кислотные дожди приводят к закислению почв, поражают растительность, которая очень чувствительна к этому виду загрязнений. Особенно страдают лишайники и хвойные виды деревьев. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но страдают и лиственные деревья – у них изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит. Попадая в водоемы, кислота и сульфаты существенно увеличивают кислотность поверхностных вод. При этом заметно падает репродуктивность рыб.
Кислотные дожди повреждают городскую растительность, вызывают сильное раздражение дыхательных путей и кожи людей, ускоряют коррозию металлических конструкций и разрушают мраморные скульптуры («каменный рак») и деталей архитектуры многих исторических памятников, например в Италии. Развитие химической промышленности привело к тому, что в природную среду попадает ежегодно 2-3 тысячи новых веществ, никогда прежде не существовавших в природе.
Понятие об озоновом слое Земли.
Кислород способен превращаться в озон (О3) под воздействием источников энергии. Наиболее активно этот процесс происходит в верхних слоях атмосферы (на высоте 20 50 км) под воздействием жесткого УФ излучения. Таким образом, в верхних слоях атмосферы образуется озоновый слой. Он обладает уникальным свойством – способностью задерживать жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое излучение, поступаемое на Землю от солнца. Такое излучение обладает мощным ионизирующим эффектом: оказывает разрушающее воздействие на клетки живого организма. Озон поглощает жесткое излучение и дает возможность проникновения «мягкому» (длинноволновому) УФ излучению – жизненно необходимому для жизнедеятельности продуцентов, поэтому озоновый слой атмосферы называют «озоновым экраном» Земли.
Одной из глобальных экологических проблем является разрушение озонового слоя и появление, так называемых, «озоновых дыр», сквозь которые вредное коротковолновое УФ излучение может проходить беспрепятственно и поражать ткани живых организмов. Подобные «бреши» образуются при воздействии на озоновый экран некоторых веществ. Наиболее активными являются хлорфторуглероды.
Хлорфторуглероды (фреоны) – соединения хлора со фтором и углеродом. Эти вещества широко используются в бытовых и промышленных холодильных установках как хладагент. Кроме того, это вещество используется в баллончиках дезодорантов, инсектицидов, красок и т.д., где распыляющим агентом также является фреон. При поломках указанных агрегатов, или при распылении содержимого дезодорантов фреон улетучивается и попадает в верхние слои атмосферы. Здесь от молекул хлорфторуглеродов отщепляется свободный хлор, который ускоряет распад озона.
Жесткое УФ излучение способствует повышению вероятности возникновения рака кожи у людей, поскольку эти излучения обладают мутагенным свойством. Мутагенное свойство проявляет себя и при воздействии на растения и животных планеты. Назрела острая необходимость срочных мер по охране озонового экрана Земли. Например, разработаны новые хладагенты в промышленности и быту, новые виды топлива самолетов и ракетных двигателей.
ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Радиоактивные вещества, электромагнитные излучения, тепловое загрязнение, шумы, вибрации и др.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов — сероводорода, метана. Одновременно происходит “цветение” воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения.
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. Повышение температуры в водоёмах пагубно влияет на жизнь водных организмов. В течение длительной эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определённому интервалу температур. Для каждого вида существует температурный оптимум, который на определённых стадиях жизненного цикла может несколько изменяться. В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.
Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс их массового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблением кислорода, вплоть до полного его исчерпания. А в этом случае, как уже говорилось, вся экосистема может погибнуть.
Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека.
Шумовое загрязнение.
В экологии для всех живых организмов, в том числе и для человека, звук
является одним из факторов воздействия окружающей среды. Шумы – беспорядочные периодические колебания различной природы.
Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления – децибелах (ДБ). Это давление воспринимается не беспредельно. Шум в 20 – 30 ДБ практически безвреден для человека и составляет естествен
ный звуковой фон, без которого невозможна жизнь. Что же касается «громких звуков», то здесь допустимая граница поднимается примерно до 80 ДБ. Шум в 130 ДБ уже вызывает у человека болевое ощущение, а достигнув 150 ДБ становится для него непереносимым. Если в 60 – 70 годы прошлого столетия шум на улицах не превышал 80 ДБ, то в настоящее время он достигает 100 ДБ и более. На многих оживленных магистралях даже ночью шум не бывает ниже 70 ДБ, в то время как по санитарным нормам он должен не превышать 40 ДБ. По данным специалистов, шум в больших городах ежегодно возрастает примерно на 1 ДБ.
Шум, даже когда он невелик, создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей, занятых умственной деятельностью. Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, состояние здоровья, вид труда. Воздействие шума зависит также и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект.
Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к
преждевременной усталости. Шумы высоких уровней могут явиться хорошей
почвой для развития стойкой бессонницы, неврозов и атеросклероза. Под воздействием шума от 85 – 90 ДБ снижается слуховая чувствительность на высоких частотах. Долгое время человек жалуется на недомогание. Симптомы – головная боль, головокружение, тошнота, чрезмерная раздражительность. Все это результат работы в шумных условиях. Постоянное воздействие сильного шума может не только отрицательно повлиять на слух, но и вызвать звон в ушах, головокружение, головную боль, повышение утомляемости. Отмечено, что после 6-7 часовой работе при интенсивности шума в 70 80 ДБ нарушается динамика высшей нервной деятельности, клетки коры головного мозга находятся на пределе, близком к истощению, ослабевает деятельность головного мозга, расстраивается работа вегетативной нервной системы, а в связи с этим и заболевания внутренних органов. Вредное действие шума возрастает с прибавлением в его составе высоких частот
Влияние шума на человека до некоторых пор не было объектом специ
альных исследований. Ныне воздействие звука, шума на функции организма
изучает целая отрасль науки – аудеология. Установлено, что некоторые шумы природного происхождения благотворно влияют на организм человека, поскольку они являются составляющей абиотической среды эволюции человека. К таковым относятся такие шумы, как: шелест листвы, журчание воды, шум прибоя, дождя и др. В современной медицине такие шумы («звуки природы») используются для профилактики и в комплексном лечении различных заболеваний.
В среде, измененной человеком, все больше появляется так называемых «синтетических звуков», в составе которых преобладают высокочастотные волны. Под влиянием сильного шума, особенно высокочастотного, в органе слуха происходят необратимые изменения. При высоких уровнях шума слуховая чувствительность падает уже через 1 – 2 года, при средних – обнаруживается гораздо позже, через 5 – 10 лет, то есть снижение слуха происходит медленно, болезнь развивается постепенно. Поэтому особенно важно заранее принимать соответствующие меры защиты от шума. В настоящее время почти каждый человек, подвергающийся на работе воздействию шума, рискует стать глухим. Акустические раздражения исподволь, подобно яду, накапливаются в организме, все сильнее угнетая нервную систему. Изменяется сила, уравновешенность и подвижность нервных процессов – тем более, чем интенсивнее шум. Реакция на шум нередко выражается в повышенной возбудимости и раздражительности, охватывающих всю сферу чувственных восприятий. Люди, подвергающиеся постоянному воздействию шума, часто становятся трудными в общении.
Радиационные и радиоактивные загрязнения – наиболее опасный тип загрязнений окружающей среды.
Радиоактивные нуклиды , попадая в организм человека, нарушают работу клеток (или разрушают клетки), вследствие чего возникают различные неизлечимые болезни. Жизнь на Земле возникла и развивалась в присутствии радиоактивных элементов, количество которых и обусловленное ими облучение оставалось практически неизменным на протяжении геологических эпох, составляя дозу радиации для всего живого порядка 3х10 Гр. в год. Можно предположить, что радиоактивный фон является необходимым для существования жизни на планете в современной форме. И только его повышенный уровень связан с риском для организма. В биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, создающие так называемый
естественный радиационный фон.
Естественный радиационный фон – мощность дозы ионизирующего излучения, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов в коре земли, атмосфере, воде, живых организмов. Нормальный фон, не влекущий за собой различные нарушения здоровья, считается 10-20 мкбэр/ч (0,1-0,2 мкР/ч) . Наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение биосферы в результате деятельности человека. В результате возникает так называемый технологически измененный радиационный фон – этот фон обусловлен использованием материалов с высоким содержанием радионуклидов, при сжигании ископаемого топлива.
Существует также понятие техногенный радиационный фон – фон,
сложившийся в результате появления на Земле искусственных радионуклидов,
образовавшихся при испытании ядерного оружия, в результате ядерных аварий, при работе предприятий ядерного топливного цикла. Образование такого фона представляет собой наибольшую опасность для жизни и здоровья всех живых организмов на планете. Техногенный фон создается радиоактивными загрязнениями!
Основным их источником радиоактивных загрязнений являются техногенные аварии на ядерных установках. Последние имеются на атомных электростанциях (АЭС), установлены на некоторых ледоколах, подводных лодках и спутниках. Радионуклиды – ядра нестабильных химических элементов, испускающие заряженные части-
цы и коротковолновые излучения.
На АЭС мира за весь период их эксплуатации насчитывается три крупных аварии. Первая из них произошла в 1957 г. на английском заводе "Селлафильд" (Уиндскайл), занимавшимся регенерацией ядерного топлива. При этом погибло 13 человек и более 260 получили неизлечимые заболевания. Одна из крупнейших экологических катастроф — Чернобыльская авария. В ночь на 26 апреля 1986 г., когда два взрыва разрушили 4 й блок Чернобыльской АЭС, произошел выброс в атмосферу радиоактивного вещества. Из хозяйственного пользования было выведено 3 тыс.кв.км территории, эвакуировано около 116 тыс. человек. По некоторым оценкам до 50% радиоактивных йода и цезия, имевшихся в активной зоне реактора, попало в атмосферу. Выброс радиоактивных веществ в атмосферу продолжался до 6 мая 1986 г. К ноябрю того же года реактор был замурован в "саркофаг". Непосредственный результат аварии — гибель 31 человека и более 200 заболевших лучевой болезнью. Масштабы бедствия заставили обратиться к ранее скрываемым данным по Южно Уральской катастрофе. Под этим названием на самом деле произошло два радиационных события.
Еще один важный источник радиоактивного загрязнения среды — ядерные испытания. После того как 16 июля 1945 г. в штате Нью Мехико было взорвано первое атомное устройство и затем последовавших атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, началась эра разработки самого страшного и разрушительного оружия, которое когда либо существовало на Земле. В результате взрывов ядерного оружия, прежде всего, изменяются ландшафты и рельеф местности. Наиболее опасно радиоактивное загрязнение воздуха. С воздушными течениями радиоактивные вещества могут мигрировать на сотни и тысячи километров. Необходимо отметить, что утечка, радиоактивности происходит и при подземных взрывах, а не только при испытаниях ядерного оружия в атмосфере.
Радиоактивные загрязнения приносят колоссальный вред здоровью человека. Это самый биоаккумулирующий вид загрязнения. В результате облучения человек в течение года в среднем получает дозу 0,1 бэр и, следовательно, за всю жизнь около 7 бэр.
Через почву, воздух и воду радиоактивные загрязнения попадают в рас тения и организм животных и человека. Радиоактивное излучение проникает в
клетки, останавливая деление и разрушая их, что приводит к лучевой болезни или даже к смерти. Но это наблюдается при больших дозах воздействия, однако, очевидно, наиболее опасны низкие дозы радиации. При этом повреждается на следственный аппарат клетки и в результате могут развиваться лейкозы и злокачественные опухоли, а облучение половых клеток чревато врожденными дефектами у потомства.
Электромагнитные загрязнения.
Электромагнитные загрязнения прочно вошли в природную среду благодаря внедрению цивилизации. Источниками этих загрязнений служат линии электропередач, кабельные сети, СВЧ печи, телевизоры, радио и телепередающие станции (наиболее мощные источники), радиотелефоны и др. Напряженность электромагнитного поля искусственных источников в сотни и тысячи раз превышают естественный электромагнитный фон экосистем. Существенное влияние на человека оказывают статические и электрические поля. На поверхности таких материалов как линолеум, пластик, лакированные и полированные поверхности и др. накапливаются электрические заряды (напряженность электростатического поля может достигать 30 кВ/м, вызывая искровой разряд). Статические заряды, накапливающиеся на одежде из синтетических тканей, негативно воздействуют на биологически активные точки человека.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Под биологическим загрязнением понимают привнесение в экосистемы в результате антропогенного воздействия не характерных для них видов живых организмов (бактерий, вирусов и др.), ухудшающих условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияющих на здоровье человека.
Особенно загрязненными бывают открытые источники воды: реки, озера, пруды. Известны многочисленные случаи, когда загрязненные источники воды стали причиной эпидемий холеры, брюшного тифа, дизентерии. В жарких странах широко распространены такие болезни, как амебиаз, шистоматоз, эхинококкоз и другие, которые вызываются различными паразитами, попадающими в организм человека с водой.
Инфекционные болезни - это группа заболеваний, вызываемых проникновением в организм патогенных (болезнетворных) микроорганизмов.
Одной из особенностей инфекционных заболеваний является наличие инкубационного периода, то есть периода от времени заражения до появления первых признаков. Длительность этого периода зависит от способа заражения и вида возбудителя и может длиться от нескольких часов до нескольких лет (последнее бывает редко). Место проникновения микроорганизмов в организм называют «входными воротами инфекции».
Пути передачи инфекции.
Существует шесть основных видов механизмов передачи возбудителя инфекции:
· воздушно-капельный (аэрозольный)
· контактный
· трансмиссивный
· фекально-оральный (алиментарный)
· вертикальный (в том числе, трансплацентарный)
· гемоконтактный
Сообщение обучающегося.
Воздушно-капельный
Воздушно-капельный механизм передачи инфекции — механизм передачи инфекции, при котором возбудители локализуются в слизистой оболочке дыхательных путей, откуда поступают в воздушную среду (при кашле, чихании и т. п.), пребывают в ней в форме аэрозоля и внедряются в организм человека при вдыхании зараженного воздуха.
Контактный
Контактный механизм передачи инфекции — механизм передачи инфекции, при котором возбудители локализуются на коже и ее придатках, на слизистой оболочке глаз, полости рта, половых органов, на поверхности ран, поступают с них на поверхность различных предметов и при контакте с ними восприимчивого человека (иногда при непосредственном контакте с источником инфекции) внедряются в его организм. Конта́ктно-бытово́й - через поверхность предметов обихода или кожи рук, обсемененную возбудителем инфекционной болезни; характерен для кишечных инфекций, возможен при некоторых других болезнях, например при сифилисе.
Трансмиссивный
Трансмиссивный механизм передачи инфекции (также называемый «гемоконтактным») — механизм передачи инфекции, при котором возбудитель инфекции находится в кровеносной системе и лимфе, передается при укусах специфических и неспецифических переносчиков: укусе кровососущего членистоногого (насекомого или клеща).
Фекально-оральный
Фекально-оральный механизм передачи инфекции — механизм передачи инфекции, при котором локализация возбудителя инфекции преимущественно в кишечнике определяет его выведение из зараженного организма с испражнениями (фекалиями, мочой) или рвотными массами. Проникновение в восприимчивый организм происходит через рот, главным образом при заглатывании загрязненной воды или пищи, после чего он вновь локализуется в пищеварительном тракте нового организма.
Трансплацентарный
Трансплацентарный путь передачи инфекции, при котором возбудитель инфекции передается от матери к плоду во время беременности.
Гемоконтактный
Гемоконтактный механизм передачи инфекции — механизм передачи инфекции обусловленный медицинскими манипуляциями, инъекциями наркотиков, половым сношением.
По природе возбудителей инфекционные заболевания подразделяются на:
· вирусные — корь, грипп, парагрипп, ВИЧ-инфекция, вирусные гепатиты, менингит, цитомегаловирусная инфекция;
· прионные — фатальная семейная бессонница, куру, болезнь Крейтцфельда-Якоба;
· протозойные — критоспоридиоз, амебиаз, изоспориаз, бабезиоз, токсоплазмоз, бластоцистоз, малярия, балантидиаз;
· бактериальные — холера, чума, дизентерия, стафилококковая и стрептококковая инфекции, сальмонеллез, менингит;
· микозы (грибковые инфекции) — эпидермофития, аспергиллёз, кандидоз, мукормикоз, криптококкоз, хромомикоз.
Среди всех инфекционных болезней выделяют ряд особо опасных инфекций, называемых карантинными. Они характеризуются склонностью к быстрому распространению, высокой степенью заразности, тяжелым эпидемическим течением и большим риском быстрого летального исхода. Всемирной организацией здравоохранения к этой группе отнесены натуральная оспа (считается искорененной в мире с 1980 года), чума, желтая лихорадка, холера. В России особо опасными инфекционными заболеваниями считаются также сибирская язва и туляремия.
САНИТАРНЫЕ АСПЕКТЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МОНИТОРИНГ.
В наш век особое значение имеет охрана природы, разработка основ разумного вида производства, использования природных ресурсов, сохранение определенных закономерностей в биосфере. В систему охраны природы включаются мероприятия по рациональному использованию, сохранению, восстановлению и улучшению состояния природных ресурсов земного шара. Регулирование природопользования осуществляется с помощью механизма административно правовых форм управления через систему нормативно технических документов. Важнейшими из них являются экологические нормативы, правила и стандарты, которые разрабатываются на основе природоохранного законодательства с учетом экологических, санитарно гигиенических, технических и экономических требований. Стандарты качества природной среды — единые требования, правила и нормативы, отвечающие современному уровню научно технического прогресса и предъявляемые к организациям в целях охраны природы на основе правильного соотношения экологических и экономических интересов. Установление предельно допустимых концентраций — мера, которая ограничивает содержание загрязняющих веществ в окружающей среде Организм человека испытывает влияние факторов окружающей среды, причем загрязнение воздуха, водоемов, почв и растений представляет большую опасность для здоровья. Для снижения концентрации загрязняющих веществ в слоях биосферы введены санитарно гигиенические нормативы и критерии. Так, для санитарной оценки степени загрязнения окружающей среды используют предельно допустимые концентрации (ПДК). Медиками гигиенистами определены ПДК для различных видов загрязнений воды, воздуха, почв, продуктов питания.
Особое значение для наблюдения за качеством состояния окружающей среды принадлежит экологическому мониторингу. В Программе ЮНЕСКО “Человек и биосфера” дано следующее определение мониторинга: “Мониторинг рассматривается как система регулярных длительных наблюдений в пространстве и времени, дающих информацию о состоянии окружающей среды, с целью оценки прошлого, настоящего и прогноза изменения в будущем параметров окружающей среды, имеющих значение для человека”. Основная задача экологического мониторинга — предупреждение естественных и антропогенных изменений состояния природной среды, способных нанести экономический, моральный и социальный вред человечеству.
Экологический мониторинг подразделяется на: глобальный (биосферный); национальный, осуществляемый в пределах государства; региональный (геосистемный) — в пределах отдельных крупных районов; локальный, действующий в пределах населенных пунктов, промышленных центров, предприятий.
·Глобальный мониторинг осуществляется на основе международно го сотрудничества. Это система наблюдений за общепланетарными изменениями атмосферы, гидросферы, растительного и почвенного покрова, животного мира.
·Национальный мониторинг — слежение за взаимодействием природы и человека в зональных биосферных заповедниках (станциях) на территории государства для получения информации об изменениях качества среды.
·Региональный мониторинг — система наблюдений на региональном уровне за изменениями окружающей среды в процессе природопользования, особенно в интенсивно осваиваемых районах (его часто называют хозяйственным). Объектами мониторинга служат исчезающие виды растений и животных, агро и природные экосистемы. Отслеживают общее состояние растений и животных, урожайность сельскохозяйственных культур.
·Локальный (биоэкологический), вернее, санитарно гигиенический мониторинг предполагает контроль за уровнем содержания в природных средах токсичных для человека загрязняющих веществ. Он включает наблюдения за отдельными изменениями компонентов природной среды в результате воздействия конкретных загрязнителей (загрязнение воздуха, воды, почв под влиянием предприятий, строек, воздействие мелиоративных систем на почвы, растительность).
Таким образом, система мониторингов, необходимая для учета, анализа, оценки и прогноза изменения состояния природной среды на различных уровнях, позволяет принимать меры по достижению и сохранению стабильно равновесного состояния жизненной среды.
Экологическая экспертиза. Это система комплексной оценки состояния территории, охватывающая все виды хозяйственной деятельности. Ее цели — определение соответствия или несоответствия сложившейся структуры использования территории потенциальным природным возможностям, а также разработка рекомендаций по сохранению экологического равновесия.
1. Что такое загрязнения? Какие вы знаете виды загрязнений? Почему небио
деградирующие загрязнения приносят наибольший вред биосфере?
2. Расскажите об этапах загрязнения биосферы. На каком этапе эффект за
грязнений будет необратимым? Чем опасна биоаккумуляция?
3. Что такое химические загрязнения? Какие из видов химических загрязне
ний причиняют наибольший вред здоровью?
4. В чем заключается явление «парникового эффекта»? Какие последствия
влечет он за собой?
5. Что такое физические загрязнения? Какие из них являются наиболее опас
ными для биосферы? Почему?
6. Дайте определение «мониторинг окружающей среды». Какие виды монито
ринга приняты в России?
7. Какие вопросы подлежат решению при организации мониторинга среды?
8. Какие существуют пути охраны природы (в том числе и законодательный
вопрос) в России? Какие из них, по вашему мнению, являются наиболее эф
фективными и правильными? Предложите свою схему восстановления и со
держания экологически чистой среды обитания.
ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОНЯТИЕ О РЕСУРСАХ ПРИРОДЫ
Природные ресурсы – это совокупность естественных тел и явлений природы, которые использует человек в деятельности, направленной на поддержание своего существования. Неисчерпаемые ресурсы – это преимущественно внешние по отношению к Земле процессы и явления, такие как солнечная энергия и ее производные. Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновимые, способные к самовоспроизводству (растительный и животный мир, мир микроорганизмов); невозобновимые (рудные и нерудные полезные ископаемые).
Ресурсный цикл – это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ, происходящих на всех этапах использования его человеком. Ресурсный цикл, иногда называемый антропогенным круговоротом вещества, фактически не замкнут. На всех этапах ресурсного цикла в окружающей среде рассеивается около 98 % добываемого минерального сырья.
Предметы массового потребления в результате износа, коррозии или утраты в них надобности, так или иначе, оказываются в окружающей среде и тем самым загрязняют ее. Многие отходы преобразуются в воде, почве и атмосфере. Культурные экосистемы не способны к самовосстановлению из-за истощения почвы вследствие сбора урожая. Поэтому человек вынужден полностью брать на себя восстановление плодородия.
Количества вещества, вовлекаемого в антропогенный круговорот, уже соизмеримы с количествами вещества в естественных биохимических циклах.
По мере прохождения через ресурсный цикл вещества, ранее сконцентрированные в том или ином месте локализации, рассеиваются. Рассеиваются не исходные, а трансформированные или утраченные в процессе ресурсного цикла вещества, которые загрязняют окружающую природную среду. Таким образом, главной объективной причиной загрязнения окружающей среды является незамкнутость ресурсного цикла.
Важным моментом в деле рационального природопользования являются планирование и прогнозирование использования природных ресурсов. При планировании следует учитывать все возрастающие темпы использования природных ресурсов и производить перспективный расчет их потребления на базе математических методов прогнозирования
Бурное развитие научно-технического прогресса сопровождается интенсивным использованием невозобновимых ресурсов, к которым относятся большинство полезных ископаемых.
К концу XX в. прирост разведанных запасов полезных ископаемых не покрывает их добычи. Первоочередными задачами становятся охрана и рациональное использование природных ресурсов, широкое вовлечение в ресурсный цикл возобновляемых источников энергии.
Совершенствование ресурсных циклов базируется на ряде общих принципов.
Принцип системного подхода, который предусматривает комплексную всестороннюю оценку воздействия производства на среду и ее ответных реакций.
Принцип оптимизации природопользования заключается в принятии наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подхода, прогноза развития различных отраслей и географических регионов.
Принцип опережения темпов заготовки и добычи сырья темпами выхода полезной продукции основан на снижении количества образующихся отходов в процессе производства, т.е. на более полном использовании одного и того же количества исходного сырья.
Принцип гармонизации отношений природы и производства используется при создании и эксплуатации природно-технических, геотехнических или эколого-экономических систем.
Принцип комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства заключается в том, что на базе имеющихся в данном экономическом районе сырьевых и энергетических ресурсов создаются территориально-производственные комплексы, которые позволяют более полно использовать указанные ресурсы и тем самым снизить вредную нагрузку на окружающую среду.
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое качество природные ресурсы и ресурсный цикл?
2. Почему антропогенный ресурсный цикл не замкнут?
3. В каком состоянии находится использование природных ресурсов человечеством в настоящее время?
·Каковы основные принципы рационального природопользования?
РЕСУРСЫ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ.
1. Небиологические ресурсы
На
территории Томской области насчитывается 131023 водных объекта, в том числе:
-18100 рек общей протяженностью 95 тыс. км;
-12900 озер суммарной площадью 4451 км кв ;
-6 водохранилищ суммарным объемом 21,198 млн. м куб ;
-23 водохранилища и пруды, поднадзорные Главному управлению природных ресурсов
и охраны окружающей среды МПР России по Томской области, суммарным объемом 7,6
млн. м куб ;
-водно-болотные угодья площадь более 80 тыс. км кв.
Основная часть общего потребления воды осуществляется из поверхностных источников на нужды промышленности, особенно предприятий химической и нефтехимических отраслей, причем максимальная нагрузка лежит на р. Томь и связана с техническим водоснабжением ФГУП Сибирский химический комбинат (СХК).
Широкое распространение болот и заболоченных земель существенно ограничивает хозяйственную деятельность.
Единственным надежным источником качественного хозяйственно-питьевого водоснабжения населения области служат подземные воды. Запасы подземной воды способны обеспечить потребности жителей Томской области не только в настоящее время, но и в далекой перспективе.
Основные природные процессы, присущие земельному фонду Томской области: переувлажнение, заболачивание, водная эрозия. Антропогенное воздействие на природу ведет к перестройке биогеохимической структуры ландшафтов. Особенно ярко проявляются негативные процессы на сельскохозяйственных угодьях и землях городов.
Минеральное сырьё
Нефтегазовый комплекс и связанные с ним производства образуют основную часть производственного потенциала области. Из недр извлечено почти 200 млн. тонн нефти. С мая 1999 года Томская область стала еще одним газодобывающим регионом России, введено в разработку Мыльджинское газоконденсатное месторождение.
Основная часть государственного фонда недр Томской области расположена в пределах Пайдугинской и Предъенисейской нефтегазоносных областей.
Рудные ископаемые
На территории Томской области имеются
следующие виды месторождений рудных твердых полезных ископаемых, представляющих
промышленный интерес:
Железные руды, циркониевые россыпи,проявления золота и платины, проявления
цинка
и бокситов. Бакчарский "рудный узел", именуемый иногда
месторождением. Месторождение расположено в 200 км к западу от города Томска в
междуречье рек Андарма и Икса. Отличительной особенностью бакчарских руд
является более высокое содержание фосфора и ванадия. В Томской области к
настоящему времени сконцетрировано до 30% запасов диоксида титана и
значительная часть запасов циркония России. Запасы титана и циркония
сосредоточены в двух крупных россыпных ильменит-цирконовых месторождениях -
давно известном Туганском и новом Георгиевском. Особенностью песков Тугана
является высокое содержание скандия, тантала и других металлов.
Проявления золота и платины
Всего в окрестностях Томска выявлено 14 золоторудных точек. Крупных россыпей золота в области нет. Кроме этого, есть проявления россыпной золотоносности на ряде мелких правых притоков реки Томи - Киргизке, Ушайке , Басандайке , Якуниной, Тугояковке .
Проявления цинка
Цинковое рудопроявление, известное под названием Турунтаевская рудная зона, расположена в 65 км от города Томска у села Турунтаево . Запасы цинка на Центральном участке оценены в 559 тысяч тонн до глубины 500 метров . По заключению экспертов, аналогов подобных, чисто цинковых месторождений нет.
Проявления бокситов
В области известно два проявления и одно неразведанное месторождение карстовых бокситов - Татульское , расположенное между деревнями Турунтаево и Новорождественка на северном продолжении Барзасской группы бокситовых месторождений Кемеровской области. Бокситы пригодны для производства глинозема, но подсчитанные прогнозные запасы в количестве 11,5 млн. тонн не позволяют считать месторождение в настоящее время промышленным. При наличии потребителя в районе месторождения необходима постановка поисковых и оценочных работ.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
Лес
Леса на территории области размещены неравномерно. Наиболее малолесные районы - Шегарский и Кожевниковский , наиболее лесистый - Первомайский. Лесные массивы представлены преимущественно хвойными насаждениями, занимающими 58% лесопокрытой площади.
Лесной фонд и леса, не входящие в лесной фонд Томской области, составляют 29,2 млн. га.
Общий запас древесины достигает 2608,7 млн. куб. м.. От общего запаса спелые и перестойные насаждения составляют 63%, приспевающие -16%, средневозрастные - 18%, молодняки - 3%. Запас древесины на 1 га составляет в среднем 149 куб. м ., в том числе по хвойным породам - 153 куб. м ., по лиственным - 145 куб. м .
Животный мир
Животный мир Томской области насчитывает около 2 тыс. видов и групп.
Среди птиц большинство составляют перелетные виды - 147, оседло-кочевые - 48, пролетные (пересекающие территорию области, но не размножающиеся в ее пределах) - 39 и зимующие (появляющиеся только в зимний период) - 4 вида. Зимой численность птиц колеблется: в разные годы на территории области насчитывается от 30 до 60 видов, что зависит от наличия кормов (ягодных и семенных растений) и погодных условий.
Рыбные ресурсы
Запасы. В последние годы естественные условия в водоемах Томской области очень благоприятны для формирования запасов озерно-речных рыб, составляющих основу рыбного промысла. Общие промысловые запасы этих рыб (щука, язь, лещ, плотва и др.) с 1999 к 2005 г. увеличились примерно на 50 %. Запасы особо ценных видов рыб в значительной мере «контролируются» также интенсивностью их промыслового изъятия, в том числе незаконного (браконьерского). В основных рыбодобывающих районах - северных, - основу промысловых запасов составляют щука, язь, плотва. Большое значение в промысле играют также карась и налим. В Александровском районе к основным промысловым видам рыб относится и елец. В южных районах доминирует акклиматизированный лещ. Численность его здесь чрезмерно высока, а ареал постепенно расширяется вниз по Оби. Несколько лет назад он стал обычным видом для Каргасокского участка Оби, а в 2005 г. отмечено увеличение его численности и в Александровском районе.
Запасы полупроходных рыб (нельма, муксун и пелядь) интенсивно осваиваются в Тюменской области и ее национальных округах. Из местных видов рыб особо ценной является стерлядь,
ЮРИДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ.
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРАВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ.
Охрана окружающей среды — сохранение и восстановление экосистем, рациональное использование, восполнение и воспроизводство ресурсов, предотвращение отрицательного воздействия на окружающую среду, различные мероприятия, позволяющие восстанавливать последствия разрушительной деятельности человека. Совокупность природоохранных норм и правовых актов образует природоохранное законодательство.
В России в целях совершенствования системы управления и регулирования использования природных ресурсов образован Государственный комитет по охране природы (Госкомприрода). Комитет должен осуществлять: управление природоохранной деятельностью и контроль за использованием и охраной природных ресурсов.
Нормативные акты по охране природы и рациональному природопользованию подразделяются на законы и подзаконные акты.
К законам относятся: Основы гражданского, земельного, водного, горного, лесного законодательства России, а подзаконными актами региональные инструкции, указания, правила. Примерами ведомственных и отраслевых нормативных актов являются: «Строительные нормы и правила», «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий», «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и др.
В настоящее время в России для
всех министерств, предприятий, организаций предусмотрена обязательная
экологическая экспертиза проектов, представляющая собой систему государственных
природоохранных мероприятий, обеспечивающих соответствие проектов, планов и
мероприятий в области хозяйственного строительства использованию природных
ресурсов и требования защиты окружающей среды. При этом экспертные органы
Назначаются правительством.
Природные ресурсы являются объектами специальных законоположений и постановлений, регламентирующих их использование и охрану. В систему правовой охраны биосферы в России входят четыре группы юридических мероприятий:
· регулирование использования, сохранения и возобновления природных ресурсов (охрана окружающей среды);
· организация воспитания и обучения населения;
· контроль за выполнением требований охраны природы;
· юридическая ответственность за нарушение экологического законодательства.
ЛИТЕРАТУРА
·А.М. Адам, Р.Г. Мамин. Природные ресурсы и экологическая безопасность Западной Сибири. 2-е изд.М.:НИА -Природа,2001.
2. Экологический мониторинг: Доклад о состоянии и охране окружающей среды Томской области / Глав. ред. A.M. Адам, редкол.: В.А. Коняшкин, О.И. Кобзарь; Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области, ОГБУ «Облкомприрода». — Томск : Дельтаплан, 2013.
3. Карташев А.Г. Введение в экологию. Учебное пособие. Томск. 1998.
4. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология. Учебник для
общеобразовательных учебных заведений. М. В«ДрофаВ». 1995.
5. Мансуров А.Н., Мансуров Н.А.. Физика. — Учебник для 10"11 классов,
для школ с гуманитар" ным профилем обучения. — М.: Просвещение, 2003. —
222 с.
6. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. Учебник для 10
класса. — М.: Просвещение, 2003. — 336 с.
7. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика. Учебник для 11 класса. — М.:
Просвещение, 2003. — 336 с.
8. Общая биология. Учебник. Под ред. Шумного В.К., Дымшица Г.М., Рувинского А.О. М. «Просвещение». 2001.
9. Розанов С.И. Общая экология. Учебник. Санкт"Петербург. 2001
10. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. Учебник для 10 класса. — М.:
АСТ"Астрель, 2003. — 159 с.
11. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. Учебник для 11 класса. — М.:
АСТ"Астрель, 2003. — 143 с.
12. Хван Т.А., Хван П.А. Основы экологии. Учебное пособие. Изд"во
В«ФениксВ» Ростов"на"Дону. 2001.
В подготовке учебника использовались материалы сайтов Internet:
· Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области: [сайт]. URL:http://www.green.tsu.ru
www.krugosvet.ru; www.ecosystema.ru; www.atom.nw.ru; www.erudition.ru;
www.accoona.ru; www.rocich.ru и другие.
Скачано с www.znanio.ru
© ООО «Знанио»
С вами с 2009 года.