СРС 1. Атмосфера,гидросфера,литосфера
 Скачать 175.44 Kb.
|
|
СРС № 1: Введение в предмет План
Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное вни мание человечества. Экологию рассматривают как науку и учебную дисципли ну, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой по нимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества. Термин «экология» был введен в употребление немецким есте ствоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос - дом, жилище; логос - учение). По этой причине экологию иногда связывают только с учением о среде обитания (доме) или окружающей среде. Последнее в осно ве правильно с той, однако, существенной поправкой, что среду нельзя рассматривать в отрыве от организмов, как и организмы вне их среды обитания. Это составные части единого функциональ ного целого, что и подчеркивается приведенным выше определе нием экологии как науки о взаимоотношениях организмов и среды. Такую двустороннюю связь важно подчеркнуть в связи с тем, что это основополагающее положение часто не доучитывается: экологию сводят только к влиянию среды на организмы. Ошибоч ность таких положений очевидна, поскольку, как будет показано ниже, именно организмы сформировали современную среду. Им же принадлежит первостепенная роль в нейтрализации тех воздействий на среду, которые происходили и происхо дят по различным причинам. Концептуальные основы дисциплины. С момента появле ния «Экология» развивалась в рамках биологии практически на про тяжении целого века - до 60-70-х годов настоящего столетия. Че ловек в этих системах, как правило, не рассматривался - полага лось, что его взаимоотношения со средой подчиняются не биоло гическим, а социальным закономерностям и являются объектом общественно-философских наук. В настоящее время термин «экология» существенно трансформиро вался. Она стала больше ориентированной на человека в связи с его исключительно масштабным и специфическим влиянием на среду. Сказанное позволяет дополнить определение «экологии» и назвать задачи, которые она призвана решать в настоящее время. Совре менную экологию можно рассматривать как науку, занимаю щуюся изучением взаимоотношений организмов, в том чис ле и человека, со средой, определением масштабов и допус тимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. В стратегическом плане - это наука о выживании человечества и выходе из экологического кри зиса, который приобрел (или приобретает) глобальные мас штабы - в пределах всей планеты Земля. Становится все более ясным, что человек очень мало знает о сре де, в которой он живет, особенно о механизмах, которые формируют и сохраняют среду. Раскрытие этих механизмов (закономерностей) -одна из важнейших задач современной экологии и экологического об разования. Ясно, что она может решаться лишь при условии изучения не только «Дома», но и его обитателей, их образа жизни. Содержание термина «экология», таким образом, приобрело социально- политический, философский аспект. Она стала проникать практически во все отрасли знаний, с ней связывается гуманизация естественных и технических наук, она активно внедряется в гуманитарные области зна ний. Экология при этом рассматривается не только как самостоятель ная дисциплина, а как мировоззрение, призванное пронизывать все на уки, технологические процессы и сферы деятельности людей. Признано поэтому, что экологическая подготовка должна идти, по крайней мере, по двум направлениям через изучение специаль ных интегральных курсов и через экологизацию всей научной, про изводственной и педагогической деятельности. В обобщенном виде «Общая экология» изучает наиболее об щие закономерности взаимоотношений организмов и их сообществ со средой в естественных условиях. Общеэкологические подходы к рассмотрению и оценке природных явлений имеют длительную исто рию. По сути своей в значительной мере экологичными были труды первых ученых-естествоиспытателей, искавших зависимости между свойствами живых существ и условиями обитания: Аристотель (384-322 г. до н. э.), его ученик-ботаник Теофраст (371-280 г. до н. э.). Много ценных материалов поставили исследователи-натуралисты, за нимавшиеся описанием и систематизацией растений и животных. Особо следует выделить труд Ч. Дарвина «Происхождение ви дов» (1859), в котором большое внимание уделяется приспособлени ям (адаптациям) и взаимоотношениям организмов. Э. Геккель, вво дя термин «экология», отмечал, что одной из задач данной науки яв ляется исследование всех тех взаимоотношений организмов, кото рые Ч. Дарвин условно обозначил как борьбу за существование. Из отечественных ученых наиболее существенный вклад в раз витие отдельных разделов общей экологии и прежде всего систем ный взгляд на природные явления внесли исследования почвоведа-географа В. В. Докучаева (1846-1903) и его школы (Г. Ф. Морозов, Г. Н. Высоцкий, В. И. Вернадский и др.). В. В. Докучаев показал тесную взаимосвязь живых организмов и неживой природы на при мере почвообразования и выделения природных зон. Г. Ф. Морозов (1867-1920) раскрыл всесторонние связи в лесных сообществах и рассмотрел их как единые системы, включающие весь свойствен ный им комплекс живых организмов и условий обитания, их средообразовательную роль. В этом же направлении, но применительно к решению конкретных вопросов степного лесоразделения, проводил свои исследования ботаник, почвовед, географ Г.Н.Высоцкий (1865-1940). Основным понятием и основной таксономической единицей в эко логии является «экосистема». Этот термин, как упоминалось выше, введен в употребление А. Тенсли в 1935 г., т. е. более полувека спу стя после выделения экологии как отрасли научных знаний (1866). Под экосистемой понимается любая система, состоящая из живых существ и среды их обитания, объединенных в еди ное функциональное целое. Основные свойства экосистем -способность осуществлять круговорот веществ, противосто ять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию. Выделяют обычно экосистемы различного ранга: от микроэкосистем (небольшой водоем, труп животного с населяю щими его организмами или ствол дерева в стадии разложения, ак вариум и даже лужица или капля воды, пока они существуют и в них присутствуют живые организмы, способные осуществлять кру говорот веществ); мезоэкосистемы (лес, пруд, река и т.п.); макро экосистемы (океан, континент, природная зона и т. п.) и глобальная экосистема - биосфера в целом. В «Общей экологии» обычно выделяют несколько взаимосвя занных разделов, которые иногда рассматривают как отдель ные дисциплины (табл. 1). Это: учение о факторах среды и за кономерностях их действия на организмы (факториальная эко логия); экология на уровне взаимоотношения отдельных орга низмов и среды (экология организмов, или аутэкология); эколо гия взаимосвязанных и относительно обособленных групп орга низмов одних и тех же видов (популяционная, или демографи ческая, экология), экология взаимосвязанных популяций различ ных видов между собой (учение о биоценозах). Если биоценозы рассматриваются во взаимосвязи со средой обитания (как еди ная система), то этот раздел выделяется в учение об экосисте мах или биогеоценозах. Основополагающим и высшим рангом экологии является учение о биосфере как наиболее крупной (гло бальной) экосистеме.  Таблица 1 – структура экологии Под средой обитания обычно понимают природные тела и яв ления, с которыми организм (организмы) находятся в прямых или косвенных взаимоотношениях. Отдельные элементы среды, на ко торые организмы реагируют приспособительными реакциями (адап-тациями), носят название факторов. Наряду с термином «среда обитания» используются также по нятия «экологическая среда», «местообитание», «окружающая среда», «окружающая природная среда», «окружающая приро да» и др. Четких различий между этими терминами нет, но на некоторых из них следует остановиться. В частности, под попу лярным в последнее время термином «окружающая среда» по нимается, как правило, среда, в той или иной (в большинстве случаев в значительной) мере измененная человеком. К ней близ ки по смыслу «техногенная среда», «антропогенная среда», «про мышленная среда». Природная среда, окружающая природа - это среда, не изменен ная человеком или измененная в малой степени. С термином «ме стообитание» обычно связывается та среда жизни организма или вида, в которой осуществляется весь цикл его развития. В «Общей экологии» речь обычно идет о природной среде, окру жающей природе, местообитаниях; в «Прикладной и социальной эко логии» - об окружающей среде. Этот термин часто считают не удачным переводом с английского environment, поскольку отсут ствует указание на объект, который окружает среда. Влияние среды на организмы обычно оценивают через отдель ные факторы (лат. делающий, производящий). Под экологичес кими факторами понимается любой элемент или условие среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакция ми, или адаптациями. За пределами приспособительных реакций лежат летальные (гибельные для организмов) значения факторов. Классификация факторов: Чаще всего факторы делят на три группы. 1. Факторы неживой природы (абиотические, или физико-хими ческие). К ним относятся климатические, атмосферные, почвен ные (эдафические), геоморфологические (орографические), гидро логические и другие. 2. Факторы живой природы (биотические) - влияние одних орга низмов или их сообществ на другие. Эти влияния могут быть со стороны растений (фитогенные), животных (зоогенные), микроор ганизмов, грибов и т. п. 3. Факторы человеческой деятельности (антропогенные). В их чис ле различают прямое влияние на организмы (например, промысел) и косвенное - влияние на местообитание (например, загрязнение среды, уничтожение кормовых угодий, строительство плотин на реках и т. п.). Современные экологические проблемы и возрастающий интерес к экологии связан с действием антропогенных факторов. Интересна классификация факторов по периодичности и направлен ности действия, степени адаптации к ним организмов. В этом отноше нии выделяют факторы, действующие строго периодически (сме ны времени суток, сезонов года, приливно-отливные явления и т. п.), действующие без строгой периодичности, но повторяющиеся вре мя от времени. Сюда относятся погодные явления, наводнения, урага ны, землетрясения и т. п. Следующая группа - факторы направ ленного действия, они обычно изменяются в одном направлении (потепление или похолодание климата, зарастание водоемов, забола чивание территорий и т. п.). И последняя группа - факторы неопре деленного действия. Сюда относятся антропогенные факторы, наи более опасные для организмов и их сообществ. Из перечисленных групп факторов организмы легче всего адап тируются или адаптированы к тем, которые четко изменяются (строго периодические, направленные). Адаптационность к ним такова, что часто становится наследственно обусловленной. И если фактор меняет периодичность, то организм продолжает в течение некоторого времени сохранять адаптации к нему, т. е. действовать в ритме так называемых «биологических часов». Такое явление, в частности, имеет место при смене часовых поясов. Некоторые трудности характерны для адаптации к нерегулярно-пе риодическим факторам, но организмы нередко имеют механизмы пред чувствия их возможности (землетрясения, ураганы, наводнения и т. п.) и в какой-то мере могут смягчать их отрицательные последствия. Наибольшие трудности для адаптации представляют факторы, при рода которых неопределенна, к ним организм, как правило, не готов, вид не встречался с такими явлениями и в процессе эволюции. Сюда, как отмечалось, относится группа антропогенных факторов. В этом их ос новная специфика и антиэкологичность. Многие из этих факто ров, кроме того, выступают как вредные. Их относят к группе ксенобиотиков (греч. ксенокс - чужой). К последним относятся практичес ки все загрязняющие вещества. В числе быстроизменяющихся факто ров большое беспокойство в настоящее время вызывают изменение климата, обусловливаемое так называемым «тепличным, или парнико вым, эффектом», изменение водных экосистем в результате преобразо вания рек, мелиорации и т. п. Только в отдельных случаях по отношению к таким факторам организмы могут использовать механизмы так на зываемых преадаптаций, т. е. те адаптации, которые выработа лись по отношению к другим факторам. Так, например, устойчи вости растений к загрязнениям воздуха в какой-то мере способствуют те структуры, которые благоприятны для повышения засухоустойчиво сти: плотные покровные ткани листьев, наличие на них воскового нале та, опушенности, меньшее количество устьиц и другие структуры, за медляющие процессы поглощения веществ, а следовательно, и отрав ление организма. Это необходимо учитывать, в частности, при подборе ассортимента видов для выращивания в районах с высокой промыш ленной нагрузкой, для озеленения городов, промплощадок и т.п. Природную среду следует рассматривать как системное целое, состоящее из различно функционирующих и иерархически соподчиненных экосистем, объединенных в биосферу. Любая экосистема основана на единстве живого и неживого вещества. Основные составляющие биосферы: Атмосфера; Гидросфера; Литосфера Природная среда как система развивающаяся благодаря взаимодействию всех составляющих биосфеы. Атмосфера – газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Состав: азот – 78%, кислород – 21%, аргон – 0,9%, CO2 – 0.034% Атмосфера имеет слоистое строение:
Роль в биосфере:
Гидросфера – водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и литосферой и представляющая собой совокупность рек, озер, океанов. Состав гидросферы:Морские – 94%; Подземные – 4%; Лед и снег – 2%; Поверхностные – 0,4%; Атмосферные – 0,01% Роль гидросферы: гидросфера является средой, где происходит осуществление взаимосвязей таких процессов в экосистемах, как обмен веществ, глобальные биоэнергетические экологические циклы, теплообмен, рост биомассы. Она играет огромную роль в формировании поверхности Земли, ее ландшафтов, в распределении химических веществ на ее поверхности и в земной коре, в миграции загрязняющих веществ.Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, постепенно переходящая в сферы с меньшей прочностью вещества и включающая в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Литосфера – важнейшая часть окружающей природной среды, характеризующаяся рельефом, растительностью, недрами, а также пространством для размещения всех отраслей хозяйственной деятельности человека. Литосфера состоит из двух частей:
Почва являясь составной частью литосферы, играет роль базисного и функционального компонента всех наземных и пресноводных экосистем.Почва представляет собой естественную среду поглощающую и перерабатывающую основную массу промышленных и бытовых отходов.В природе отсутствуют ресурсы, альтернативные почве, поэтому литосфера является исходной материальной основой благосостояния человечества, основным средством производства.Почвенный покров является сложной трехфазной средой, содержащей твердые (минеральные), жидкие (почвенная влага), газообразные компоненты. Экологические функции почвы:
В настоящий момент нельзя сказать, что атмосфера, гидросфера и литосфера пребывают в полном порядке. Атмосфера загрязнена выбросами вредных примесей в атмосферу, гидросфера аналогична загрязнена отходящими шламами, литосфера истощается раскопками залежей. Кризис - одно из состояний среды, природы или биосферы в це лом. Ему предшествуют или за ним следуют другие состояния и сопутствующие им экологические ситуации. Под экологическим кризисом понимают изменении биосфе ры или ее частей на значительном пространстве, сопровож дающиеся трансформацией среды и систем в целом it новое качество. В настоящее время термин «кризис» используется также часто, как термины «загрязнение среды», дефицит ресурсов. Охарактеризуем основные кризисные направления развития экологической ситуации. Исчезновение растительных и животных видов, видового многообразия, генофонда флоры и фауны Земли, причем животные и растения исчезают, как правило, не в результате их непосредственного истребления человеком, а вследствие изменения среды обитания. С начала 1980-х гг. ежедневно вымирает один вид животных, а еженедельно — один вид растений. Вымирание угрожает тысячам видов животных и растений. Под угрозой исчезновения находится каждый четвертый вид земноводных, каждый десятый вид высших растений. А каждый из видов является неповторимым, уникальным результатом эволюции, протекавшей много миллионов лет. Исчезновение лесов (особенно тропических) со скоростью несколько десятков гектаров в минуту. Это влечет за собой, в частности, эрозию почв (почвы — продукт сложного и длительного взаимодействия живой и косной материи), уничтожение верхнего плодородного слоя земли, опустынивание Земли, которое происходит со скоростью 44 га/мин. Кроме того, леса — главные поставщики кислорода в атмосферу посредством фотосинтеза. В настоящее время баланс прихода и расхода кислорода отрицательный. За последние 100 лет концентрация кислорода в воздухе снизилась с 20,948 до 20,8%, а в городах даже ниже 20%. Уже 1/4 суши лишена естественного растительного покрова. Большие площади коренных биогеоценозов заменены вторичными, более упрощенными и однообразными, с заметно пониженной продуктивностью. Растительная биомасса глобально уменьшилась примерно на 7%. Под сильным сельскохозяйственным воздействием находится около 50% поверхности суши, причем каждый год не менее 300 тыс. гектаров сельскохозяйственных земель поглощается урбанизацией. Площадь пашни в расчете на одного человека из года в год сокращается (даже без учета роста населения). Истощение природных ресурсов. Ежегодно из недр Земли извлекается более 100 млрд т различных пород. Для жизнедеятельности одного человека в современной цивилизации в год необходимо 200 т различных твердых веществ, которые он с помощью 800 т воды и 1000 Вт энергии превращает в продукты своего потребления. При этом человечество живет за счет не только эксплуатации ресурсов современной биосферы, но и невозобновляемых продуктов былых биосфер (нефть, уголь, газ, руды и т.п.). По самым оптимистическим оценкам, существующих запасов таких природных ресурсов человечеству хватит ненадолго: нефти примерно на 30 лет; природного газа на 50 лет; угля на 100 лет и т.д. Но и возобновляемые природные ресурсы (например, древесина) становятся невозобновляемыми, поскольку условия их воспроизводства коренным образом изменяются, они доводятся до крайнего истощения или полного уничтожения, т.е. все природные ресурсы на Земле конечны. Непрерывный и бурный рост энергетических затрат человечества. Расход энергии (в ккал/сутки) на одного человека в первобытном обществе был примерно 4000, в феодальном обществе — около 12 000, в индустриальной цивилизации — 70 000, а в развитых постиндустриальных странах достигает 250 000 (т.е. выше в 60 раз и более, чем у наших палеолитических предков) и продолжает возрастать. Однако этот процесс не может продолжаться долго: атмосфера Земли разогревается, что может иметь самые непредсказуемые неблагоприятные последствия (климатические, географические, геологические и др.). Загрязнение атмосферы, воды, почвы. Источником загрязнения атмосферы являются прежде всего предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, автомобильный транспорт, сжигание мусора, отходов и др. Их выбросы в атмосферу содержат оксиды углерода, азота и серы, углеводороды, соединения металлов, пыль. Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 20 млрд т СО2; 300 млн т СО2; 50 млн т оксидов азота; 150 млн т SO2; 4—5 млн т Н2S и других вредных газов; более 400 млн т частиц сажи, пыли, золы. В природе за счет жизнедеятельности растений и животных происходит непрерывный круговорот углерода. В ходе его углерод из органических соединений постоянно переходит в неорганические, и наоборот. На круговорот углерода существенное влияние оказывает сжигание топлива. При этом в атмосферу выбрасывается такое огромное количество углекислого газа и пыли, что это может привести к изменению климата на Земле. Углекислый газ атмосферы свободно пропускает на Землю излучение Солнца, но задерживает излучение Земли, результатом чего является так называемый парниковый эффект — слой углекислого газа играет ту же роль, что стекло в теплице. Поэтому увеличение содержания СО2 в атмосфере (в настоящее время на 0,3% в год) может стать причиной потепления на Земле, привести к таянию полярных льдов и вызвать катастрофическое повышение уровня Мирового океана на 4—8 м. Увеличение содержания в атмосфере SO2 обусловливает образование «кислотных дождей», вызывающих рост кислотности водоемов, гибель их обитателей. Под губительным действием оксидов серы и азота разрушаются строительные материалы, памятники архитектуры. Из-за переноса воздушных масс на большие расстояния (трансграничные переносы) опасное повышение кислотности водоемов распространяется на большие площади. Выхлопные газы автотранспорта наносят огромный урон жизнедеятельности животных и растений. Составные части выхлопных газов автомобилей — оксид углерода, оксиды азота, оксид серы, соединения свинца, ртути и др. Оксид углерода СО (угарный газ) взаимодействует с гемоглобином крови в 200 раз активнее кислорода и снижает способность крови быть переносчиком кислорода. Поэтому даже при незначительных концентрациях в воздухе угарный газ оказывает вредное воздействие на здоровье (вызывает головную боль, снижает умственную деятельность). Оксид серы вызывает спазмы дыхательных путей, оксиды азота — общую слабость, головокружение, тошноту. Содержащиеся в выхлопных газах соединения свинца — очень токсичного элемента — действуют на ферментные системы и обмен веществ, свинец накапливается в пресной воде. Один из опаснейших загрязнителей — ртуть, накапливаясь в организме, она отрицательно действует на нервную систему. Загрязнение гидросферы. Вода широко, хотя и не повсеместно, распространена на нашей планете. (Общий запас воды около 1,4 1018 т. Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах. На долю пресной воды приходится только 2%.) В природных условиях осуществляется постоянный круговорот воды, сопровождающийся процессами ее очистки. Вода выносит огромные массы растворенных веществ в моря и океаны, где происходят сложные химические и биохимические процессы, способствующие самоочищению водоемов. Вместе с тем вода широко применяется во всех областях хозяйства и в быту. В связи с развитием промышленности, ростом городов расход воды постоянно увеличивается. Одновременно усиливается загрязнение воды промышленными и бытовыми отходами: ежегодно в водоемы сбрасывается около 600 млрд т промышленных и бытовых стоков, свыше 10 млн т нефти и нефтепродуктов. Это приводит к нарушению естественного самоочищения водоемов. Промышленные сточные воды, содержащие ядовитые вещества, в частности соединения токсичных металлов, а также растворенные в сточных водах минеральные удобрения, смываемые с поверхности почвы, наносят огромный урон живым организмам в водоемах. Кроме того, удобрения (особенно нитраты, фосфаты) вызывают бурное разрастание водорослей, засоряют водоемы и способствуют их гибели. Загрязняются не только поверхностные и подземные воды суши, но даже Мировой океан (ядовитыми и радиоактивными веществами, солями тяжелых металлов, сложно-органическими соединениями, мусором, отходами и т.п.). Радиоактивное загрязнение окружающей среды в результате ядерных испытаний, аварий на предприятиях ядерной энергетики (Чернобыльская катастрофа 1986 г.), накопления радиоактивных отходов. Все эти негативные тенденции, а также безответственное и неправильное использование достижений цивилизации оказывают губительное влияние на организм человека и создают еще один комплекс экологических проблем—медико-генетический. Учащаются известные ранее заболевания и появляются совершенно новые, ранее не известные. Сложился целый комплекс «болезней цивилизации», порожденных научно-техническим прогрессом (возрастание темпа жизни, количества стрессовых ситуаций, гиподинамия, нарушение питания, злоупотребление фармацевтическими препаратами и др.) и экологическим кризисом (особенно загрязнением среды мутагенными факторами); глобальной проблемой становится наркомания. Масштабы загрязнения природной среды настолько велики, что естественные процессы метаболизма и разбавляющая деятельность атмосферы и гидросферы не в состоянии нейтрализовать вредное воздействие производственной деятельности человека. В результате способность к саморегуляции складывавшихся миллионы лет (в ходе эволюции) систем биосферы подрывается, а сама биосфера разрушается. Если этот процесс не остановить, то биосфера просто умрет. А вместе с ней исчезнет и человечество. К сожалению, в массовом, обыденном сознании нет достаточного понимания остроты сложившейся ситуации. Люди по-прежнему живут и действуют в убеждении, что природная среда неограниченна и неисчерпаема. Они удовлетворяются своим временным благополучием, ближайшими целями и немедленным благом, а возникшие экологические угрозы не воспринимают всерьез, относя их в далекое будущее. Люди мало задумываются о том, в каких природных условиях будут жить их потомки (причем даже не далекие, а уже внуки и правнуки), и позволят ли эти условия вообще выжить человеку. Жертвовать своими потребностями человечество мало расположено. (Это нередко относится и к тем, кто принимает государственные решения.) Такой эгоистический путь ведет к экологической катастрофе и гибели цивилизации. |