Екологія. Конспект лекцій для студентів базових напрямів 060101 "Будівництво", 170203 "Пожежна безпека" Затверджено
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
Антропогенне забруднення літосфери.У процесі еволюції людина почала змінювати поверхню землі; особливо великих обсягів ці зміни досягли за останні шістдесят років. Після 1950 р. в усьому світі почався швидкий процес урбанізації, який зумовив збільшення чисельності міського населення. Того часу інтенсивно розвивалася господарська інфраструктура, що супроводжувалося серйозними змінами поверхні літосфери – будувалися залізничні та автомобільні шляхи, прокладалися нафтопроводи, лінії електропередач та зв’язку. 90 % великих водосховищ світу побудовані також після 1950 р. Крім водосховищ, побудовано канали великої протяжності, мережі дрібних каналів, а також дренажні системи. У мережах зрошувальних і дренажних каналів проходять активні ерозійні процеси. Поверхня літосфери порушується і під час гірських розробок та створення кар’єрів, а також під час геологорозвідувальних робіт, які супро- воджуються копанням шурфів, бурінням свердловин, вибуховими роботами. Це зумовлює, як правило, активізацію небезпечних стихійних природних явищ: завалів, просідання ґрунту, створення умов для формування снігових лавин, сприяння збільшенню поверхневого стоку. 29 Нині відбувається великомасштабне втручання людини в систему водо-, нафто- і газоносних горизонтів літосфери, які розташовані на різних глибинах. При цьому вплив на літосферу здійснюється кількома шляхами. Частина поверхневого стоку переводиться у підземний у разі: • зрошування. Під час зрошування в магістральних каналах і безпо- середньо на полях даремно витрачається до 30 % води. У результаті на більшій частині зрошувальної території відбувається піднімання рівня ґрунтових вод і навіть виникають заболочені території; • підтоплення земель у районі водосховищ. Таке піднімання рівня ґрунтових вод і заповнення ненасиченої зони зумовлюють зміни механічних властивостей ґрунту, сприяють руйнуванню берегів водо- сховищ, розвитку суфозії – вимивання з ґрунту мінеральних части- нок, просідання верхніх шарів ґрунту та утворення порожнин; • переведення частини поверхневого стоку в підземний. Виникає в усіх населених пунктах внаслідок роботи водогінної та каналізаційної систем. При цьому руйнуються фундаменти, осідають ґрунти, розвивається суфозія; • закачування забруднених відпрацьованих вод у глибокі свердловини та закачування гарячої води і пари в нафтові свердловини для збільшення нафтовіддачі пласту. Масштаби негативних наслідків таких закачувань величезні. Потужним засобом впливу на літосферу є відкачування води з різних горизонтів підземних вод для водопостачання. Вторгненням у літосферу є добування нафти і газу. За час експлуатації нафтогазових родовищ пробурено тисячі таких свердловин глибиною до 2 км, і на їхньому місці виникли великі депресійні урвища; розкрито і розгерметизо- вано глибокозалеглі водо-, нафто- і газоносні горизонти. Крім розвідувальних і промислових свердловин, доволі глибокі горизонти надр пронизують шахти з видобування корисних копалин: вугілля, поліметалічних руд, солей. Утворені підземні пустоти весь час зростають за об'ємами і площами і зумовлюють просідання ґрунту. На більшості під- приємств із видобутку вугілля, на жаль, не практикується заповнювати вироблений підземний простір. Райони видобутку нафти, газу та вугілля є джерелами виділення в атмосферу метану, який є одним із чинників утворення парникового ефекту. У нормальних природних умовах усі процеси в ґрунті перебувають у рівновазі. Основним фактором порушення рівноваги стану ґрунту є антро- погенний. Унаслідок господарської діяльності людини відбувається ерозія, дефляція (вітрова ерозія), заболочування, засолення і забруднення ґрунтів. 30 Сьогодні на кожного жителя нашої планети припадає менше ніж 1 га орної землі. Ці незначні площі продовжують скорочуватись через невмілу господарську діяльність людини. Так, в Україні за останні 25 років вміст гумусу в ґрунті зменшився з 3,5 до 3,2 %, площі кислих ґрунтів збільшилися на 1,8 млн. га (25 %), а площі засолених – на 0,6 млн. га (24 %). Через неправильну меліорацію майже 50 тис. га орних земель підтоплені. Великі площі родючих земель у світі гинуть під час гірничопромислових робіт, будівництва підприємств і міст. Знищення лісів і природного трав’яного покриву, багаторазове розорювання землі без дотримання правил агротехніки призводить до виникнення ерозії ґрунту – руйнування і зміни родючого шару водою і вітром. Водна ерозія полягає у змиванні верхнього шару ґрунту або розмиванні його в глибину під впливом талих, дощових і поливних (іригаційних) вод. Вітрова ерозія, або дефляція (розвіювання і в идування ґрунту) завдає руйнації у посушливих степових, напівпустельних і пустельних районах з піщаними і супіщаними ґрунтами. Одним із наслідків промислової діяльності людини є інтенсивне забруд- нення ґрунтового покриву. Основнимизабруднювачами ґрунту є метали та їх сполуки, радіоактивні елементи, а також добрива і пестициди, які викорис- товуються у сільському господарстві. До небезпечних хімічних забруднювачів ґрунтів належить ртуть та її сполуки. Ртуть потрапляє в навколишнє середовище з отрутохімікатами, від- ходами промислових підприємств, які містять металеву ртуть та її сполуки. Ще більш масовий і небезпечний характер має забруднення ґрунту свинцем. Відомо, що під час виплавляння однієї тонни свинцю в навколишнє середовище з відходами викидається до 25 кг цього металу. Сполуки свинцю використовуються як добавки до бензину (тетраетилсвинець), тому автотранс- порт є серйозним джерелом свинцевого забруднення ґрунтів. Особливо багато свинцю в ґрунтах вздовж великих автомагістралей. Ґрунт стає «мертвим», якщо в ньому міститься 2–3 г свинцю на 1 кг ґрунту (навколо деяких підприємств вміст свинцю досягає 10–15 г/кг). Радіоактивні елементи можуть потрапляти в ґрунт і накопичуватись у ньому в результаті випадання опадів від ядерних вибухів або внаслідок скидання в навколишнє середовище рідких та твердих відходів АЕС та промислових підприємств, діяльність яких пов'язана з використанням атомної енергії. На родючість ґрунтів негативно впливає надмірне використання хімічних речовин, що використовуються для боротьби зі шкідниками, бур'янами і хво- робами рослин. Серйозними проблемами навколишнього середовища також є: − спустелювання (аридизація) земель – деградація ґрунту в посуш- ливих районах, викликана згубним впливом людської діяльності і 31 антропогенними змінами клімату. Основними причинами спусте- лювання є виснаження і надмірне забруднення ґрунтів, їх нераціональне використання та вирубування лісів; − засолення ґрунтів. Воно виникає в результаті нагромадження у верхніх шарах ґрунту надлишку шкідливих для живих орга- нізмів легкорозчинних солей (карбонату натрію, хлоридів і сульфатів) за рахунок ґрунтових і поверхневих вод, а найчастіше внаслідок нераціонального зрошування. У результаті утворю- ються солонці і солончаки. − створення звалищ промислових і побутових відходів. Антропогенне забруднення гідросфери.Людство щорічно витрачає понад 3000 км З води, і потреба у її використанні щороку зростає. Глобальною екологічною проблемою сучасності стає забруднення і виснаження водних ресурсів. Вода після її використання скидається у водойми і річки, і майже третина її – без належного очищення. Велика частина води в результаті водоспоживання безповоротно втрачається. Щорічно безповоротне водопоста- чання становить близько 150 км З , тобто 1 % стоку прісних вод. Гідросфера зазнає найбільшого антропогенного впливу внаслідок: − скидання забруднених відпрацьованих промислових і комунальних стічних вод. Щороку в річки скидається до 450 млрд. м 3 стічних вод; вони містять різноманітні органічні речовини і сполуки важких металів. Більше половини великих рік у світі страждають від надмірного забруднення або пересихають. З 500 найбільших рік тільки дві є більш-менш «здоровими» – це Амазонка в Південній Америці і Конго в Африці. Це пов'язано з тим, що на берегах обох рік розташовано мало промислових підприємств; − поверхневого стоку з територій сільськогосподарських об'єктів і угідь. Розкладання численних органічних речовин у водоймах, що надійшли зі стічними водами, спричиняє дефіцит кисню і накопичення сірководню, розмноження синьо-зелених водоростей («цвітіння» води), що у свою чергу викликає масове знищення водних організмів, особливо промислових видів риби. Присутність великої кількості органічних речовин створює у мулах відновне середовище, внаслідок чого виникає особливий тип мулових вод, що містять сірководень, аміак, іони металів. Забруднення води органічними речовинами називається евтрофікацією. Небезпечним є теnлове забруднення води. Воно зумовлене викиданням у відкриті водойми підігрітих вод від АЕС, ТЕС та інших енергетичних установок. Тепла вода змінює термічний і біологічний режим водойм і 32 негативно впливає на гідробіонтів. Побічним фактором теплового забруд- нення води є підсилення токсичної дії більшості шкідливих домішок. Країни, які мають вихід до моря, часто здійснюють тут захоронення матеріалів і речовин (дамnінг); їх обсяг становить близько 10 % від усієї маси забруднювальних речовин, що надходять у Світовий океан. Радіоактивне забруднення Світового океану зумовлюють джерела іоніза- ційного випромінювання, затоплені атомні підводні човни і радіонукліди, які потрапили в океан в результаті підводних ядерних вибухів, захоронення радіоактивних відходів. Значну частку в забруднення води вносять детергентu (миючі засоби). До їх складу входять як активна основа поверхневоактивні речовини (ПАР) і різні добавки: лужні і нейтральні електроліти, пероксидні сполуки, а також речовини, що сповільнюють або перешкоджають сорбції забруднювачів. Детергенти, потрапляючи у водні об'єкти, викликають спінювання, погіршують органо- лептичні властивості води, порушують процеси кисневого обміну, токсично впливають на фауну, утруднюють процеси біологічного окислення органічних речовин, перешкоджають біологічному очищенню стічних вод. Тяжкі екологічні наслідки викликає забруднення води сирою нафтою, нафтопродуктами та неочищеними водами нафтопереробних заводів. Потрапляючи у воду, нафта утворює тонку поверхневу плівку (0,1 мм). Хвилі сприяють тому, що плівка розривається і утворює краплі, які розсіюються в товщі води і проникають на глибину до 5 м. Під дією сонця та органічних речовин відбувається фотохімічне і біоло- гічне окиснення нафтової плівки і розсіяних нафтових крапель. В результаті утворюються поліароматичні вуглеводні, розчинні у воді. Вони акумулю- ються в організмах гідробіонтів, переходять у донні відклади. Похідні нафти мають канцерогенні властивості, і, потрапляючи в організм людини, можуть викликати онкологічні захворювання. Лекція 3. Екологічні фактори. Екологічні фактори. Типи взаємодії між живими організмами. Екологічні системи. Загальні принципи стабільності та стійкості екологічних систем. Основні закони загальної екології. Екологічні фактори. Типи взаємодії між живими організмами. Вплив середовища на організми зазвичай оцінюють через окремі фактори. Екологічні фактори – складові (елементи) природного середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування (за межами здатності пристосування настає смерть). Екологіч- 33 ним фактором є будь-який нерозчленований далі елемент середовища, здат- ний прямо чи опосередковано впливати на живі організми. Серед них розріз- няють фактори прямого впливу на організми (наприклад, промисел) і опосе- редкованого – вплив на місце проживання (наприклад, забруднення середо- вища, знищення рослинного покриву, будівництво гребель на ріках тощо). Розрізняють такі групи екологічних факторів (загальна кількість факторів – близько 60), об'єднані за певною ознакою: − за часом – фактори часу (еволюційний, історичний, чинний) та періодичності (періодичний і неперіодичний); − за середовищем виникнення (атмосферні, водні, геоморфологічні, фізіологічні, генетичні, екосистемні); − первинні та вторинні; − за походженням (космічні, біотичні, абіотичні, природно-антропоген- ні, антропогенні); − за характером (інформаційні, фізичні, хімічні, термічні, біогенні, кліматичні, комплексні); − за спектром впливу (вибіркової чи загальної дії); − за умовами дії; − за об’єктом впливу (летальні, екстремальні, обмежувальні, мутагенні). У природі екологічні фактори діють комплексно ( закон сукупної дії еколо- гічних факторів) . Особливо важливо пам’ятати це, оцінюючи вплив хімічних забруднювачів, коли “сумаційний” ефект (на негативну дію однієї речовини накладається негативна дія інших, до чого додається вплив стресової ситуації, шумів, різних фізичних полів – радіаційного, теплового, гравітаційного чи електромагнітного) значно змінює умовні значення ГДК, наведені в довідниках. Зона пригнічення Зона нормальної життєдіяльності Зона пригнічення Межа витривалості Нижній песимум Верхній песимум Оптимум Зд ат ні ст ь до ви ж ив анн я А В Рис. 3.1. Вплив інтенсивності фактора на життєдіяльність організму: А – екологічний мінімум; В – екологічний максимум. Інтенсивність фактора 34 Вплив факторів проявляється у зміні життєдіяльності організмів та зміні чисельності популяцій. При цьому слід зазначити такі закономірності: 1) за певних значень фактора складаються найсприятливіші умови для життєдіяльності організмів. Такі умови називають оптимальними, авідповідні значення фактора – оптимумом (рис.3.1); 2) чим більше значення фактора відхиляється від оптимального, тим сильніше пригнічується життєдіяльність особин. У зв'язку з цим виділяють зону їх нормальної життєдіяльності; 3) діапазон значень фактора, за межами якого нормальна життєдіяльність особин стає неможливою, називають межею витривалості. Розрізняють верхню і нижню межі витривалості. Діапазон значень фактора, за межами якого організм почувається пригнічено, називають зоною пригнічення (пecимуму). Діапазон значень оптимуму і песимуму є критерієм для визначення еколо- гічної валентності (екологічної толерантності; лат. «толеранція» – терпіння)– здатності організму пристосовуватися до змін умов серодовища. Екологічна валентність різних видів відрізняється одна від одної: північний олень витримує коливання температури повітря від –55 до 25–30 о С, а тропічні корали гинуть вже у разі зміни температури на 5–6 о С. Найбільше поширені організми з широким діапазоном толерантності щодо всіх екологічних факторів. Найвища толерант- ність характерна для бактерій і синьо-зелених водоростей, які виживають у широкому діапазоні температур, радіації, солоності, рН. За екологічною валентністю організми поділяють на стено- та еврибіонти. Стенобіонти (грец. «стенос» – вузький та «біос» – життя) організми, що можуть жити за дуже незначної зміни факторів середовища (температури, кислотності, вологості, солоності тощо). До стенобіонтів належать орхідеї, далекосхідний рябчик, форель та ін. Еврибіонти (грец. «еурі» – широкий) – організми, що можуть жити за значних змін факторів середовища (коло- радський жук, пацюки, вовки, таргани, очерет тощо). Серед сукупності різних факторів виділяють лімітуючі, тобто такі, зна- чення (рівень, доза) яких наближається до межі витривалості організму (значення фактора менше або більше від оптимуму). Найчастіше лімітуючими факторами є температура, світло, тиск, біогенні речовини тощо. За іншою класифікацією, існують такі групи факторів середовища, які впливають на організми: − абіотичні (фактори неживої природи – – хімічні (хімічний склад повітря, сольовий склад води, кислотність і склад ґрунтових розчинів); фізичні, або кліматичні (сонячна енергія, температура, вологість, атмосферний тиск, фізичні поля); топографічні (характер рельєфу, висота над рівнем моря); та едафічні (ґрунтові умови зростання рослин – механічний склад ґрунту, вологоємність, альбедо); 35 − біотичні (фактори живої природи – вплив одних організмів або їхніх угруповань – на інші); − антропогенні (вплив діяльності людини на живу природу). Біотичні фактори поділяють на дві групи: внутрішньовидові та міжвидові взаємодії. Під внутрішньовидовими, або гомотипічними, реакціями розуміють взаємодію між особинами одного виду. До гомотипічних реакцій належить, зокрема, внутрішньовидова конкуренція — боротьба за можливість вижити, за джерело енергії, яку отримують рослини у вигляді сонячного світла, а тварини у вигляді різної поживи. Тому в боротьбі за оволодіння джерелами енергії відбувається напружена конкуренція, виникає суперництво між особинами одного виду. Стосовно всіх видів конкуренції існує правило: чим більше збігаються потреби конкурентів, тим жорстокіша конкуренція (прави- ло конкурентної боротьби). Розрізняють дві основні форми конкуренції — пряму і побічну. Пряма конкуренція, або інтерференція, здійснюється прямим впливом однієї особини на іншу, наприклад, унаслідок агресивних зіткнень між тваринами або виділення токсинів (алелопатія) рослинами та мікроорга- нізмами. Побічна конкуренція не передбачає безпосередньої взаємодії між особинами. Вона відбувається опосередковано – внаслідок споживання різ- ними тваринами одного й того самого ресурсу, який обов'язково має бути обмеженим. Тому таку конкуренцію зазвичай називають експлуатаційною. Міжвидові, або гетеротипічні, реакції – це взаємодії між особинами різних видів. Дві популяції або впливають, або не впливають одна на одну. Якщо вплив є, він може бути сприятливим чи несприятливим. Симбіоз – явище закономірного, невипадкового співжиття особин (симбіонтів), які належать до різних видів (наприклад, рака-самітника та крабів – з актиніями, паразитичні гриби – з рослинами, утворюючи лишай- ник). Основними формами симбіозу є мутуалізм, коменсалізм та паразитизм. У випадку мутуалізму жодна зі сторін не може існувати без іншої (наприклад, жуйні тварини (або людина) та мікроорганізми їхнього кишково-шлункового тракту). У випадку коменсалізмуодин організм (коменсал) існує за рахунок іншого (хазяїна), не завдаючи йому шкоди. Такий тип взаємодії проявляється у формі квартирантства (використанні коменсалом для оселення організму хазяїна або частини його середовища проживання) або нахлібництва (жив- лення залишками їжі хазяїна). Наприклад, так звані риби-«прилипайли» пере- суваються, приліпившись до акули чи іншої великої риби; вони також живляться об’їдками, що залишаються після хазяїна. Інший приклад харчових коменсальних стосунків демонструють деякі види птахів, які рухаються за колонами мандрівних мурашок і ловлять комах, павуків і дрібних плазунів, що їх сполохує на своєму шляху мурашина навала. 36 Паразитизм є специфічною формою співжиття (симбіозу) організмів різних видів, з яких один (паразит) використовує іншого (хазяїна) як сере- довище існування та джерело живлення. Хазяїн, як правило, не гине відразу, а деякий час використовується паразитом. А відтак паразитизм можна розг- лядати як особливу форму хижацтва. Хижацтвом називають таку взаємодію між організмами різних видів, за якої один (хижак) поїдає іншого (жертву). Хижацтво відіграє важливу роль у регулюванні кількісного складу популяцій. Аменсалізм – форма взаємодії організмів різних видів, за якої один із них (аменсал) потерпає від пригнічення росту і розмноження, а другий (інгібітор) не зазнає шкідливого вливу, але й не має користі для себе. Аменсалізм спосте- рігається, наприклад, між плісеневими грибами роду Penicillium, які продукують антибіотик пеніцилін, і бактеріями, ріст яких при цьому пригнічується. Вирішальне значення в природі має міжвидова конкуренція, оскільки вона більшою мірою, ніж інші гетеротипічні реакції, визначає роль видів в екосистемах. Міжвидова конкуренція – це така взаємодія, коли два види суперничають через одні й ті самі джерела існування – поживу, життєвий простір тощо. Причому вона виникає в тих випадках, якщо використання джерела ресурсів одним видом призводить до обмеженого використання його іншим. В екологічній системі біотична складова представлена біоценозом, абіотична - біотопом Біоценоз Біотоп Екосистема Рис. 3.2. Структура екологічної системи Внутрішньовидова конкуренція сильніша від міжвидової, однак правило конкуренції поширюється на останню. Конкуренція між двома видами тим сильніша, чим ближчі їхні потреби. Два види з цілком однаковими потребами |