Основы экологии. 1. Основные понятия (термины) экологии. Системность Основным понятием в экологии является "экосистема"
 Скачать 116.69 Kb.
|
|
Классификации ресурсов. Кроме природных, различают ресурсы материальные (транспортные средства, промышленные объекты, строения), трудовые. Среди признаков природных ресурсов различают: атмосферные водные растительные. Также существует классификация природных ресурсов по их исчерпаемости: животные, почвенные, недр, энергетические. К исчерпаемым ресурсам относятся те, которые могут быть исчерпаны в близкой или отдаленной перспективе. Это ресурсы недр и живой природы. Обычно ресурс считают исчерпанным, когда его добыча и использование (учитывая переработку) делается экономически невыгодной. Последнее зависит от уровня технологий (например добыча нефти, угля). В других случаях использование ресурса рентабельно до полного исчерпания. В частности, истребление отдельных видов животных и растений. К неисчерпаемым относят ресурсы, которые можно использовать неограниченно долго. Это ресурсы солнечной энергии, морских приливов ветра Особое положение среди ресурсов имеет вода. Она исчерпаема из-за загрязнения (качественно), но неисчерпаема количественно. Проблема исчерпаемости природных ресурсов с каждым годом становится актуальнее. Темпы роста потребления ресурсов на порядок превышают темпы роста численности населения. Ежегодно сжигается столько горючих ископаемых, сколько природа скапливала их за миллионы лет. По одному из прогнозов, если сохранятся такие темпы роста использования ископаемого топлива, то запасов нефти хватит примерно на 30-40 лет, газа - 40-45 лет, угля - 70-80 лет. Калийные соли, фосфаты будут исчерпаны после 2100 г., марганцевая руда - к 2090 г. Наиболее перспективными металлами остаются железо и алюминий. Железо по потреблению занимает в настоящее время первое место и второе по распространению в земной коре (после аллюминия). Трудности его использования связаны с тем, что основная его масса содержится в соединениях с небольшим количеством. Выплавка железа связана с загрязнением атмосферы вредными соединениями, такими как сернистый ангидрид и двуокись углерода. Выплавка алюминия связана со значительной энергоемкостью производства. В частности, в США на получение алюминия расходуют около 3 % производимой в стране энергии. 23. Использование ресурсов и проблемы загрязнения среды Под загрязнением среды понимают привнесение в нее несвойственных веществ или увеличение концентрации уже имеющихся (химических, физических, биологических) выше естественного уровня, приводящее к отрицательным последствиям. Загрязнителем может быть как ядовитое, так и безвредное или необходимое организмам вещество, содержание которого выйдет за оптимальные значения концентрации. В частности, качественная природная вода, но в избыточном количестве может выступать как загрязнитель, например при чрезмерном поливе почв. Часто загрязнение определяют как любой природный ресурс или его элемент, который перемещен не на свое место. Загрязнения классифицируются по различным параметрам. 1. По происхождению: естественное и искусственное. 2. По источникам: промышленное, сельскохозяйственное, транспортное, точечное (труба предприятия), объектное (предприятие), рассеянное (сельскохозяйственное поле, экосистема), трансгрессивное (распространившееся из других регионов). 3. По масштабам воздействия: глобальное, региональное, местное; по элементам среды: атмосферы, гидросферы, почв. 4. По месту действия: сельской среды, городской среды внутри промышленных предприятий и др. 5. По характеру действия: химическое, физическое, тепловое, шумовое электромагнитное. 6. По периодичности действия: первичное, вторичное; по степени стойкости: устойчивое, стойкое, неустойчивое Уровень стойкости загрязняющих веществ зависит от возможности их разложения различными агентами или перемещения в другую среду, где они не будут загрязнителем. Чем более стойким является загрязнитель, тем более проявляется его накопительный эффект в среде. Параметры загрязнения. 1. По объему поступления в среду. 2. По агрессивности (ядовитости). 3. По степени загрязнения. Из добываемых ресурсов лишь 2 - 3 % используется как полезный продукт, а остальные составляют отходы (пустая порода, шлаки и т. д.). Полезный продукт часто является неблагоприятным загрязнителем среды, так как он обрабатывается различными веществами (антисептики, покрытия) против разрушения биологическими агентами. Когда такие изделия выводятся из использования, они становятся часто долго сохраняющимися в среде загрязнителями. Также опасны результаты человеческой деятельности по выведению в природную среду несвойственных ей и чуждых живым организмам веществ (ксенобиотиков). В природе насчитывают около 2 тыс. неорганических и около 2 млн органических соединений. Человек же научился синтезировать более 8 млн соединений. Ежегодно их число увеличивается на несколько тысяч. В биосферу поступает около 50 тыс. таких веществ 24. Основные свойства атмосферы и воздействие на нее человека Атмосфера - это сложная система, которая состоит из воздуха, паров воды и химических примесей. Это важный фактор метеорологического режима и условие для физико-химических и биологических процессов в биосфере. От баланса отдельных компонентов в атмосфере зависит ее влияние на тепловой, водный, радиационный режимы, способность к самоочищению. Газовый состав атмосферы, пары воды, различные взвеси, которые содержатся в ней, определяют степень излучения солнечной радиации на поверхность Земли и сохранения тепла в околоземном пространстве. Если бы атмосфера не содержала примесей, среднегодовая температура поверхности Земли составляла бы 18 С. Важными свойствами атмосферы являются ее способность к быстрому перемешиванию и перемещению на огромные расстояния, связь с иными сферами, особенно с океаном. Эти качества, а также отсутствие резко выраженного накопительного эффекта загрязняющих веществ определяют глобальный характер атмосферных процессов, а также ее высокую способность к самоочищению. Так, океан поглощает из атмосферы большие массы двуокиси и окиси углерода, сернистый газ, другие соединения. Значительное количество атмосферных примесей поглощается растениями. Человек оказывает воздействие на различные свойства атмосферы: тепловой режим, химический состав, перемещение, радиоактивность, электромагнитный фон и т. п. Заметные воздействия человека на атмосферу начались с того времени, когда он начал активно вмешиваться в биосферные процессы, уничтожать леса, выжигать их, распахивать земли и осушать их, строить города и т. п. Наиболее опасны воздействия человека на атмосферу, которые приобрели значение глобальных. Первое место по объему выбросов в атмосферу занимает двуокись углерода. Высокая химическая агрессивность в сочетании с большой устойчивостью при значительных объемах выбросов (150-200 млн т/г.) характерна и для диоксида серы (SO2), сернистого ангидрида. Это бесцветный газ с резким запахом. Продукты его соединений с водой (серная и сернистая кислоты) у животных и человека вызывают повреждение дыхательных путей. Также в атмосферу поступают другие вредные соединения серы. К ним относится сероводород (H2S) - очень ядовитый бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Даже на начальных стадиях отравления им человек теряет обоняние, большие дозы отравления приводят к отеку легких, параличу дыхания, смерти. Сера, ее соединения попадают в атмосферу как из природных, так и из антропогенных источников. Большое поступление в атмосферу антропогенной серы происходит при сжигании топлива. 25. Проблема парникового, или тепличного эффекта Парниковый эффект - возможное повышение глобальной температуры на Земле в результате изменения теплового баланса парниковыми газами. Б. Небел рассматривает парниковый эффект как величайшую грядущую катастрофу. Близкая по значению катастрофа произошла около 60 млн лет назад, что повлекло за собой вымирание целых групп животных и растений. Основным парниковым газом является двуокись углерода (50-65 %). Также к парниковым газам относятся метан (20 %), окислы азота (5 %), озон, фреоны и другие газы (10-25 % парникового эффекта). Всего выделяют примерно 30 парниковых газов. Утепляющий эффект зависит не только от количества парниковых газов в атмосфере, но и от их относительной активности действия на одну молекулу. Парниковые газы являются значительным препятствием для ухода в космическое пространство тепловых лучей Они как бы попадают в ловушку и тем самым повышают температуру воздуха. За счет парниковых газов среднегодовая температура воздуха за последнее столетие повысилась на 0,3 - 0,6 °С. Прогнозируют, что в результате потепления климата начнется таяние вечных снегов и льдов и уровень океана поднимется примерно на 1,5 м. Высвобождение массы воды, накопленной в ледниках, сможет поднять уровень океана на 60-70 м. Глобальное потепление климата и, как следствие, повышение уровня океана рассматривают как экологическую угрозу беспримерного масштаба. Прогнозируют, что при повышении уровня океана на 1,5 - 2 м будут затоплены около 5 млн км2суши. Кроме того, потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, ростом числа ураганов и штормов, смещением границ природных зон, ускорением темпов вымирания животных и растений. На Международной конференции по проблемам изменения климата в Торонто в 1979 г. высказывалось мнение, "что конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной". Наряду с техногенными процессами все более значительными поставщиками парниковых газов становятся сами экосистемы, в которых человек нарушает сформировавшиеся круговороты, высвобождающие углекислоту, метан и другие газы. Существуют факторы, которые действуют в направлении, противоположном парниковому эффекту. Увеличивающаяся запыленность мешает поступлению к земной поверхности солнечной радиации и ее тепловой составляющей. Крайним проявлением обратным парниковому эффекту, является ядерная зима, или ядерная ночь планеты, из-за резкого роста запыленности атмосферы. 26. Проблема озона Проблема озона в атмосфере имеет два аспекта: разрушение его в верхних слоях (озоновый экран) и повышение концентрации в околоземном пространстве. Озоновый экран расположен у полюсов на высоте 9 - 30 км, у экватора - на 18-32 км. Концентрация озона в нем около 0,01 - 0,06 мг/м3. Слой его составляет примерно 3 - 5 мм. Озон в верхних слоях атмосферы образуется при распаде молекулы кислорода (О2) под действием ультрафиолетовых лучей на два атома кислорода. Условием для протекания этой реакций является наличие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Озон поглощает лучи с длиной волны 200-320 нм. Часть из них доходит до Земли. В последнее время наблюдается тенденция к уменьшению содержания озона в верхних слоях атмосферы. В средних и высоких широтах северного полушария оно составило около 3%. Уменьшение содержания озона на 1 % приведет к увеличению заболеваемости раком кожи на 5 - 7 %. Наиболее значительную потерю озона регистрируют над Антарктидой. Здесь его содержание за последние 30 лет уменьшилось на 40-50 %. Пространство, в границах которого регистрируется понижение концентрации озона, получило название "озоновая дыра". Размер дыры с пониженной концентрацией озона растет приблизительно на 4 % в год. В настоящее время по размерам она превышает площадь США. Немного меньших размеров дыра над Арктикой. Появляются блуждающие дыры площадью от 10 до 100 тыс. км2в других зонах, где потери озона достигают 20-40 % от обычного уровня. Причины появления озоновых дыр до конца не выяснены. Они были обнаружены впервые в начале 1980-х г г. Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в настоящее время считают фреоны (хладоны). В ряде стран (США, Великобритания, Франция) фреоны заменяются на гидрохлорфторуглероды. Ведутся поиски и других путей повышения устойчивости озонового слоя. Например, образованию и накоплению озона способствуют электромагнитное излучение, лазерные лучи. Они стимулируют фотодиссоциацию кислорода, способствуют образованию и накоплению озона. Интенсивно озоновый слой разрушается весной. Низкие температуры, повышенная облачность зимой содействуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон интенсивнее, когда температура несколько повышается. Сейчас ученые стали высказываться о том, что нет достаточных доказательств, что появление озоновых дыр - это результат деятельности человека. Аналогичные явления были и ранее и объясняются исключительно природными процессами, например, 11-летними циклами солнечной активности. 27. Проблема кислых осадков Двуокись серы - загрязнитель, обусловливающий появление кислых осадков. Соединяясь с парами воды, сернистый ангидрид превращается в раствор серной кислоты. Также из двуокиси углерода и окислов азота образуются азотная и угольная и кислоты. Вместе с органическими кислотами и другими соединениями они образуют раствор с кислой реакцией (кислотные осадки) Доля SO в кислых осадках составляет примерно 70%. 20-30% кислых осадков - другие выбросы. Появлению кислых осадков способствует и СО2. Из-за ее неизменного присутствия в атмосфере нормальной является рН осадков - 5,6. Впервые они зарегистрированы в 1907-1908 гг. в Англии. К настоящему времени отмечены случаи выпадения осадков с кислотностью, близкой к лимонному соку или бытовому уксусу. Наиболее распространены кислые осадки в северном полушарии, так как здесь значительны выбросы кислых веществ и благоприятны условия для осаждения их в виде дождей, снега, туманов. Продолжительные периоды с низкими температурами усиливают продолжительность действия кислых осадков. Последние в большой мере нейтрализуются аммиаком, а зимой его выделение из почв, органики, других источников очень незначительны из-за бездействия микроорганизмов-аммионификаторов. Кислые осадки типичны для Скандинавских стран, Англии, ФРГ, Бельгии, Польши, Канады, северных районов США. В России районы образования кислых осадков: Кольский полуостров, Норильск, Красноярск и другие районы. В наши дни в Санкт-Петербурге рН дождя - от 4,8 до 3,7, в Казани - от 4,8 до 3,3. В городах до 70-90% загрязнений в атмосферу, в том числе и для образования кислых осадков, поставляет автотранспорт. Негативное влияние кислых осадков очень разнообразно. Они воздействуют на почвы, водные экосистемы, памятники архитектуры, строения и другие объекты. На почвы кислые осадки оказывают ощутимое отрицательное воздействие как в северных, так и в тропических районах. Это связано с тем, что подкисляются подзолистые почвы. Эти почвы не содержат природных соединений, нейтрализующих кислотность (карбонат кальция, доломит и др.). Тропические почвы зачастую хотя и имеют нейтральную и щелочную реакцию, но также не содержат веществ-нейтрализаторов кислотности в силу интенсивного и постоянного промывания ливневыми дождями. Попадая в почву, кислые осадки значительно увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотофиксаторов и некоторых других организмов почвенной среды. 28. Вода как вещество, ресурс и условие жизни Все воды Земли составляют единое целое. Они вместе с атмосферой и литосферой являются самостоятельной сферой - гидросферой, которая характеризуется отличительными особенностями. Именно она выступает самостоятельной средой жизни (наряду с наземно-воздушной, организменной, почвенной). В то же время она пронизывает иные сферы (атмосферу, литосферу) и среды жизни. Вода - обязательное условие и фактор жизни, и собственно на нее воздействует человек в больших масштабах. Существенное внимание при этом уделяют причинам, экологическим следствиям и потенциальным путям решения экологических проблем. Основные уникальные свойства воды, обусловливающие ее влияние на важнейшие процессы в биосфере, следующие. 1. Неисчерпаемость как природного ресурса и как вещества; все другие природные ресурсы уничтожаемы или рассеиваемы. 2. Только для воды характерно расширение при затвердевании (замерзании) и уменьшение объема при переходе в жидкое состояние. 3. Наибольшая плотность при температуре +4 °С и связанные с этим очень важные свойства для природных и биологических процессов, в частности исключение глубокого промерзания водоемов. 4. Высокая теплоемкость и значительная теплопроводность. 5. Способность очень легко переходить в газообразное состояние как при положительных, так и при отрицательных температурах. 6. Поглощение тепла при таянии и испарении, выделение его при конденсации из пара и замерзании. 7. Вода - универсальный растворитель. В лабораторных условиях совсем чистой воды нет. Эти и другие свойства воды оказывают огромное влияние на биосферные процессы, все живые существа и среду их обитания. Вода - почти единственный источник пополнения кислородом атмосферы при ее разложении в фотосинтетических процессах. Она же является условием миграции химических элементов и соединений, большого и малого круговоротов веществ. Жизнь на Земле зародилась в воде. До настоящего времени сохранились организмы (водоросли и др.), в теле которых количество воды зависит от степени обводненности среды. Доля воды в теле человека около 60 %. Некоторые биологически важные свойства воды остаются еще слабоизученными. Вода является важным как биологическим, так и социальным фактором для жизни человека. Для удовлетворения биологических потребностей человеку хватает 2 - 5 л воды в сутки. Определяющим фактором первобытных поселений человека и очагами зарождения цивилизаций являлась вода. Чаще всего поселения возникали в поймах рек. Вода - неотъемлемый элемент и условие почти всех технологических процессов. 29. 3апасы воды на Земле и ее глобальный круговорот Мировые запасы воды на Земле равны 1 353 985 тыс км3. Если все воды гидросферы распределить равномерно по поверхности Земли, ее слой будет иметь толщину примерно 2,5 км. Хотя большая масса воды на Земле - соленые воды (97,5%), объемы пресных вод также колоссальны, примерно 35 млн км3. Водный баланс Земли формируется следующим образом. Выпадающие на планете осадки уравновешиваются испарением. Обе эти величины близки к 577 000 км3/г. Испарение с океана превосходит осадки на 47 000 км3/г. На суше, наоборот, испарение меньше осадков на 47 000 км3. Влага возвращается в океан за счет речного стока. В настоящее время мировой водный баланс сдвинут в сторону океана. Он получает больше воды, чем ее испаряется на 430-550 км3/г. В результате происходит постепенное повышение уровня океана. Около 75% дополнительной влаги океан получает в результате таяния ледников, 18 % - за счет подземных вод и 7 % дают озера. Недоиспарение осадков на суше (47 000 км3) связано не с дефицитом тепла, а с регулирующей ролью экосистем. В том случае, если наземные экосистемы потеряли бы свойство регулирования влагооборота, это неизбежно привело бы к колоссальной катастрофе: уменьшению запасов пресной воды, потере механизмов ее очистки, резкому нарушению биологических и иных биосферных процессов. Почва и растительный покров являются факторами водорегулирования в экосистемах. Они образовывают условия для впитывания воды в почвогрунты и стока по поверхности почвы. Поэтому часть влаги осадков почти повсеместно поступает на питание водных источников и грунтовых вод. Существуют проблемы водных ресурсов в отношении объемов их поступления в источники, а также улучшения качественного состава. Сегодня такие вопросы решаются главным образом чисто техническими методами. Среди них строительство водохранилищ, очистка вод техническими средствами, перераспределение водных ресурсов между отдельными регионами (по каналам, водоводам) и др., хотя многие из водохозяйственных задач могут решаться и на уровне экосистем, в рамках естественных природных циклов. Например, почти единственным источником поступления влаги на поверхность суши являются атмосферные осадки и отчасти конденсационные явления (роса, иней и т. п.), а расход составляет испарение и сток. Таким образом, изменяя суммарное испарение, можно изменять сток и поступление влаги в источники благодаря замене одних экосистем другими или путем воздействия на некоторые структурные составляющие существующих экосистем |