Лекции по экологии. Лекции Экология как наука Живое вещество биосферы, его функции

• Название: Лекции Экология как наука Живое вещество биосферы, его функции
• Дата: 13.10.2021
• Размер: 1.04 Mb.
• Имя файла: Лекции по экологии.docx
• Тип: Лекции; #247131
• страница: 5 из 9

Примеры

Понятие экосистемы существует в науке уже давно, и с течением времени схема экосистемы постепенно усложняется. Это происходит и по естественным причинам, и из-за вмешательства прогрессивных аспектов. К понятию данного термина вполне подходит обозначение совокупности факторов, взаимодействующих друг с другом и создающих свой круговорот обмена веществ и информации.

Рассмотрим основные экосистемы земли и их особенности. Самая большая экосистема на Земле – биосфера планеты, так называется совокупность живых организмов, взаимодействующих друг с другом, используя биотическую и абиотическую модели поведения.  

Экологическая система в природе – это: массивы естественных насаждений, образующие различные типы лесов – тайга, лиственные и сосновые леса. Функция экосистемы в данных случаях обеспечивается наличием группы организмов, отвечающих за ее жизнеспособность. Здесь обязательна взаимосвязь живых организмов и компонентов неживой природы: представителей фауны, растительной флора, которой они питаются, бактерий, живущих за счет получения питательных веществ из мертвого органического вещества.Примеры экосистем антропогенного типа найти еще проще! Здесь также основная роль отводится естественным процессам, однако протекают они не самостоятельно. Типы и составляющие таких комплексов, могут быть какими угодно.

Самый простой пример экосистемы в этом разделе – обычный аквариум. Вроде бы он и совершенно естественен (у него живая экосистема из рыб, моллюсков, растений, воды и воздуха), но фактор, формирующий тип антропогенной схемы здесь – человек. От него поступает корм обитателям аквариума, он же обеспечивает освещение, очистку и другие необходимые факторы.

Или возьмем пример огорода, который по сути своей близок к понятию естественного процесса: овощи растут из семян, используя природный механизм. Определение антропогенности здесь элементарное – это натуральная схема, созданная человеком.Отдельный пример искусственных комплексов – инженерные экосистемы. Сюда в первую очередь нужно отнести очистные сооружения, ветряные мельницы, горные экосистемы, созданные людьми. Здесь неживые части экосистемы вырабатывают или преобразуют энергетические потоки специально для обеспечения жизнедеятельности человечества.Также нельзя не отметить колоссальное влияние на экологию, которое оказывают техногенные экосистемы. Концепции их таковы, что деятельность любого подобного комплекса приносит пользу человечеству и прогрессу, но в то же время наносит, зачастую непоправимый, вред естественным экосистемам планеты, экологической обстановке в отдельных регионах, всему живому и объектам неживой природы, в том числе.

4.Сукцессия

Ю. Одум под экологической сукцессией понимает вообще весь процесс развития экосистемы. Более конкретное определение дает этому явлению Н. Ф. Реймерс :

«Сукцессия — последовательная смена биоценозов, преемственно возникающая на одной и той же территории (биотопе) под влиянием природных факторов (в том числе и внутренних противоречий самих биоценозов) или воздействия человека».

Изменения в сообществе в результате сукцессии носят закономерный характер и обусловлены взаимодействием организмов между собой и с окружающей абиотической средой.

Экологическая сукцессия происходит в определенный отрезок времени, в который изменяется видовая структура сообщества и абиотическая среда его существования вплоть до кульминации его развития — возникновения стабилизированной системы. Такую стабилизированную экосистему называют климаксом. В этом состоянии система находится тогда, когда в ней на единицу энергии приходится максимальная биомасса и максимальное количество симбиотических связей между организмами. Однако к этому состоянию система проходит через ряд стадий развития, первые из которых часто называют стадией первых поселенцев. Поэтому в более узком смысле сукцессия — это последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе.

Для возникновения сукцессии необходимо свободное пространство. В зависимости от первоначального состояния субстрата, различают первичную и вторичную сукцессии.

Первичная сукцессия — формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате, а вторичная сукцессия — это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий. Первичная сукцессия позволяет проследить формирование сообществ с самого начала. Она может возникнуть на склоне после оползня или обвала.

Первыми, как правило, на свободное пространство начинают внедряться растения посредством перенесенных ветром спор и семян, либо за счет вегетативных органов оставшихся по соседству растений.

Классическим примером природной сукцессии является «старение» озерных экосистем — эвтрофикация. Она выражается в зарастании озер растениями от берегов к центру. Здесь наблюдается ряд стадий зарастания — от начальных — дальние от берега до достигнутых у берега. В конечном итоге озеро превращается в торфяное болото, представляющее собой устойчивую экосистему климаксного типа. Но и она не вечна — на ее месте постепенно может возникнуть лесная экосистема уже благодаря наземной сукцессионной серии в соответствии с климатическими условиями местности.

Вторичная сукцессия является, как правило, следствием деятельности человека. Вторичная, антропогенная сукцессия проявляется так же и в эвтрофикации. Бурное «цветение» водоемов, особенно искусственных водохранилищ, есть результат их обогащения биогенами, обусловленное деятельностью человека. «Пусковым механизмом» процесса обычно является обильное поступление фосфора, реже — азота, иногда углерода и кремния. Ключевую роль обычно играет фосфор. При поступлении биогенов резко возрастает продуктивность водоемов за счет роста численности и биомассы водорослей, и прежде всего сине-зеленых — цианей, из царства дробянок.

Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. Она наблюдается в природе не только в лесах, болотах и озерах , но и на стволах отмирающих деревьев и в пнях, где происходит закономерная смена сапрофитов и сапрофагов, в лужах и прудах и т. д. Иными словами, сукцессии разномасштабны и иерархичны, так же как и сами экосистемы.

Увеличение видового разнообразия приводит к усложнению связей внутри сообщества, умножению симбиотических связей, снижению чрезмерной рождаемости и доминирования массовых видов, и т. д. Наконец действия r- и К-факторов уравновешиваются и, сообщество развивающейся серии становится стабильным, или климаксным, — «это самоподдерживающееся сообщество, находящееся в равновесии с физическим местообитанием». Развивающееся сообщество преобразует и само местообитание.

На ранних стадиях сукцессионной серии чистой продукции получается значительно больше и при ее изъятий человеком сукцессия только приостанавливается, но основа продуктивности на этих этапах не подрывается. Другое дело в климаксных сериях — здесь чистая продуктивность снижается и в принципе становится константой. В этом случае очень важно знать величину этой константы с тем, чтобы четко представлять себе ту величину чистой продукции, которую можно изъять из системы, сохранив ее способность к самовозобновлению. Так, например, вырубку лесов надо вести на локальных участках, оставляя часть территории с коренными типами пород.

Таким образом, сообщество не может одновременно быть высокостабильным и давать большой выход чистой продукции, которую можно было бы изъять без вреда для самого биоценоза.

Полнота сукцессии и видовое разнообразие возможны в случае надежной «работы» круговорота питательных веществ. Только в этом случае можно говорить о стабильности экосистемы, которая достигается в результате преобразования сообщества на основе длительной эволюции видов.

Полным биологическим разнообразием обладает биосфера, которая и является самой стабильной глобальной экосистемой — экосферой. Но биологическое разнообразие, обеспечивающее ее стабильность, — это прежде всего разнообразие стабильных природных экосистем, отличающихся видовым разнообразием естественной биоты.

5.Гомеостаз экосистемы.

Гомеостаз — способность биологических систем — организма, популяции и экосистем — противостоять изменениям и сохранять равновесие. Исходя из кибернетической природы экосистем — гомеостатическии механизм — это обратная связь.

Для управления экосистемами не требуется регуляция извне — это саморегулирующаяся система. Саморегулирующий гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством управляющих механизмов. Один из них — субсистема «хищник—жертва» (рис.5.3). Между условно выделенными кибернетическими блоками управление осуществляется посредством положительных и отрицательных связей. Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например увеличивает чрезмерно популяцию жертвы. Отрицательная обратная связь «уменьшает отклонение», например, ограничивает рост популяции жертвы за счет увеличения численности популяции хищников. Эта кибернетическая схема (рис. 5.3 а) отлично иллюстрирует процесс коэволюции в системе «хищник—жертва», так как в этой «связке» развиваются и взаимные адаптационные процессы. Если в эту систему не вмешиваются другие факторы (например, человек уничтожил хищника), то результат саморегуляции будет описываться гомеостатическим плато (рис. 5.3 б) — областью отрицательных связей, а при нарушении системы начинают преобладать обратные положительные связи, что может привести к гибели системы.

Наиболее устойчивы крупные экосистемы и самая стабильная из них — биосфера, а наиболее неустойчивы молодые экосистемы. Это объясняется тем, что в больших экосистемах создается саморегулирующий гомеостаз за счет взаимодействия круговоротов веществ и потоков энергии.

Вопросы для закрепления материала

1.Основные факторы среды

2.Гомеостаз

3.Сукцессия


РАЗДЕЛ 5.

Тема 5. Глобальные экологические проблемы
План лекции:

1.«Озоновые дыры», «Парниковый эффект», Проблема кислотных осадков.

2.Энергетическая проблнма.

3.Проблема народонаселения.

В последние сто лет в результате производственной дея­тельности человека в биосфере произошли такие изменения, которые по масштабам могут быть приравнены к природным катаклизмам. Они обусловливают необратимые изменения в экологических системах и составных частях биосферы. Экологические проблемы, решение которых связано с устранением отрицательного влияния человеческой деятельно­сти в масштабе биосферы, называются глобальными экологи­ческими проблемами.

Глобальные экологические проблемы не возникают обособ­ленно и не обрушиваются на природную среду вдруг. Они фор­мируются постепенно в результате накопления отрицательных воздействий промышленного производства на природную среду.

Этапы формирования глобальных экологических проблем можно представить в следующей последовательности: эколо­гические проблемы, возникающие в масштабах отдельного предприятия, промышленного района, региона, страны, конти­нента и земного шара. Такая последовательность вполне зако­номерна, так как промышленные предприятия различных стран мира, производящие одну и ту же продукцию, выбрасывают в окружающую среду одни и те же загрязняющие вещества.

Наиболее актуальными из глобальных экологических про­блем к настоящему времени являются:

- рост численности населения Земли;

- усиление парникового эффекта;

- разрушение озонового слоя;

- загрязнение Мирового океана;

- сокращение площади тропических лесов;

- опустынивание плодородных земель;

- загрязнение пресных вод.

Рассмотрим глобальные экологические проблемы более подробно.

1. Рост численности населения Земли

Полагают, что в предстоящие 4-5 десятилетий численность населения Земли удвоится и стабилизируется на уровне 10-11 млрд. человек. Эти годы будут самыми трудными и осо­бенно рискованными во взаимоотношениях между человеком и природой.

Интенсивный рост населения в развивающихся странах представляет большую опасность для окружающей природной среды вследствие того, что при создании новых пахотных зе­мель используются варварские методы уничтожения тропиче­ских лесов. Для обеспечения возрастающего населения продук­тами питания будут применены всевозможные способы лова и уничтожения диких животных, обитателей морей и океанов.

Кроме того, рост численности населения Земли сопровожда­ется колоссальным возрастанием объемов бытовых отходов. Достаточно вспомнить, что на каждого жителя планеты еже­годно образуется одна тонна бытовых отходов, в том числе 52 кг трудноразлагающихся полимерных отходов.

Рост численности населения Земли вызывает необходимость интенсификации воздействия на природную среду при добыче полезных ископаемых, возрастании объема производства в раз­личных отраслях промышленности, увеличении числа транс­портных средств, повышении потребления энергии, природных ресурсов, каковыми являются вода, воздух, лесные массивы и полезные ископаемые.

2. Усиление парникового эффекта

Одной из важных экологических проблем современности является усиление парникового эффекта. Сущность парниково­го эффекта заключается в следующем. В результате загрязне­ния приземного слоя атмосферы, особенно продуктами сгора­ния углеродного и углеводородного топлива, в воздухе повы­шается концентрация углекислого газа, метана и других газов.

В результате инфракрасное излучение земной поверхности, нагретой прямыми лучами Солнца, поглощается молекушиии углекислого газа и метана, что приводит к повышению их теп­лового движения, а следовательно, и возрастанию температуры атмосферного воздуха приземного слоя. Кроме молекул угле­кислого газа и метана, парниковый эффект наблюдается и при загрязнении атмосферного воздуха хлорфторуглеводородами.

Парниковый эффект играет как положительную, так и отри­цательную роли. Так, прямые лучи Солнца разогревают зем­ную поверхность лишь до 18°С, что недостаточно для нормаль­ной жизнедеятельности многих видов растений и животных. Благодаря парниковому эффекту приземной слой атмосферы нагревается дополнительно на 13-15°С, что существенно рас­ширяет оптимальные условия для жизнедеятельности многих видов. Парниковый эффект также смягчает различия между дневными и ночными температурами. Кроме того, он служит защитным поясом, предотвращающим рассеивание тепла при­земного слоя атмосферы в космос.

Отрицательная сторона парникового эффекта заключается в том, что в результате накопления углекислого газа может про­изойти потепление климата Земли, что может привести к таянию арктических и антарктических льдов и по­вышению уровня Мирового океана на 50-350 см, а следова­тельно, затоплению низменных плодородных земель, где про­живает семь десятых населения планеты.

3. Разрушение озонового слоя

Известно, что озоновый слой атмосферы расположен на вы­соте 20-45 км. Озон представляет собой едкий и ядовитый газ, а его предельно допустимая концентрация в атмосферном возду­хе составляет 0,03 мг/м³.

В тропосфере озон образуется при протекании различных физико-химических явлений. Так, во время грозы он образует­ся под действием молнии по следующей схеме:

0₂ + Е_м » 20; 0₂+ О > 0₃,

где Е_м - тепловая энергия молнии.

У берегов морей и океанов озон образуется вследствие окис­ления водорослей, выброшенных волной на берег.В хвойных лесах озон образуется в результате окисления со­сновой смолы кислородом воздуха.

В приземном слое озон способствует образованию фотохи­мического смога и оказывает разрушающее действие на поли­мерные материалы. Например, под действием озона поверх­ность автомобильных шин быстро растрескивается, резина ста­новится непрочной и ломкой. То же самое происходит и с син­тетической кожей.

В стратосфере озон создает равномерный защитный слой вокруг земного шара толщиной 25 км.

Озон образуется при взаимодействии молекулярного кисло­рода с ультрафиолетовыми лучами Солнца:

0₂ —> 20; 0₂ + О > 0₃.

В стратосфере образующийся озон выполняет две роли. Первая состоит в том, что озон поглощает большую часть же­стких ультрафиолетовых лучей Солнца, губительных для жи­вых организмов. Вторая важная роль состоит в создании тепло­вого пояса, который образуется:

- из-за выделения тепла при образовании молекул озона из кислорода под действием солнечных лучей;

- вследствие поглощения молекулами озона жестких ульт­рафиолетовых лучей и инфракрасного излучения Солнца.

Такой тепловой пояс предотвращает утечку тепла из тропос­феры и нижних слоев стратосферы в космическое пространство.

Несмотря на то, что в стратосфере постоянно происходит об­разование озона, его концентрация не увеличивается. Если бы озон был сжат под давлением, равным давлению у поверхности Земли, то толщина озонового слоя не превышала бы 3 мм.

Концентрация озона в стратосфере за последние 25 лет сни­зилась более чем на 2%, а над Северной Америкой - на 3-5%. Это результат загрязнения верхних слоев атмосферы азот- и хлорсодержащими газами.

Полагают, что уменьшение концентрации озона в защитном слое является причиной забо­леваний раком кожи и случаев катаракты глаз.

Одними из опасных разрушителей озонового слоя являются хлорфторуглеводороды (ХФУ), применяемые в пульверизато­рах: и холодильных агрегатах. Широкое применение ХФУ в ка­честве хладагента и распылителя объясняется тем, что они яв­ляются безвредными газами в обычных условиях. Вследст­вие высокой устойчивости в тропосфере молекулы ХФУ нака­пливаются в ней, постепенно поднимаются в стратосферу, не­смотря на более высокую их плотность по сравнению с возду­хом. Установлены следующие пути их подъема в стратосферу:

- поглощение ХФУ влагой и подъем вместе с ней до страто­сферы с последующим выделением при замораживании влаги в высотных слоях;

- конвекция и диффузия больших масс воздуха вследствие природных физико-химических процессов;

- образование воронок при запуске космических ракет, заса­сывающих большие объемы воздуха приземного слоя и подни­мающих эти объемы воздуха до высот озонового слоя.

К настоящему времени молекулы ХФУ уже замечены на вы­соте 25 км.

Молекулы ХФУ будут взаимодейст­вовать с жесткими ультрафиолетовыми лучами Солнца, выде­ляя радикалы хлора:

CC1₂F₂ >-CClF₂+Cb

CI- + 0₃ > 'СЮ + 0₂

• СЮ + О —-» О + 0₂

Видно, что радикал хлороксида *С10 взаимодействует с атомом кислорода, который должен был бы прореагировать с молекулярным кислородом с образованием озона.

Один радикал хлора разрушает до 100 тыс. молекул озона. К тому же взаимодействие с атомарным кислородом, кото­рый в отсутствие хлора участвует в реакции с молекулярным кислородом, замедляет процесс образования озона из атмо­сферного кислорода. При этом концентрация озонового слоя может сократиться на 7-13%, что способно стать причиной от­рицательных изменений жизни на Земле. К тому же хлор явля­ется очень стойким катализатором разрушения молекул озона.

Установлено, что причиной возникновения озоновой дыры над Антарктидой является попадание в стратосферу хлорсо- держащих соединений и оксидов азота в составе выхлопных га­зов высотной авиации и космических ракет для вывода на ор­биту спутников и космических кораблей.

Предотвращение разрушения озонового слоя возможно при прекращении выбросов ХФУ в атмосферный воздух путем его замены в пульверизаторах и холодильных агрегатах другими жидкостями, не представляющими угрозу озоновому слою.

В некоторых развитых странах уже прекращено производст­во ХФУ, в других странах ведутся поиски эффективных заме­нителей ХФУ в холодильных агрегатах. Например, в России холодильники марки «Стинол» заправляют не ХФУ, а гексаном - практически безвредным углеводородом. В г. Казани пред­приятие «Хитон» для заполнения аэрозольных баллончиков вместо ХФУ использует смесь пропан- бутан и сжатый воздух.

4. Загрязнение Мирового океана

Мировой океан является колоссальным аккумулятором теп­ла, поглотителем углекислого газа и источником влаги. Он ока­зывает грандиозное влияние на климатические условия всего земного шара.

В то же время Мировой океан интенсивно загрязняется сбросами промышленных предприятий, нефтепродуктами, ядо­витыми химическими отходами, радиоактивными отходами и кислыми газами, выпадающими в виде кислотных дождей.

Наибольшую опасность представляет загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами. Потери нефти в мире при ее добыче, транспорте, переработке и потреблении превышают 45 млн. т, что составляет около 1,2% годовой добычи. Из них 22 млн. т теряются на суше, до 16 млн. т поступает в атмосферу из-за неполного сгорания нефтепродуктов при работе автомо­бильных и авиационных двигателей.

Около 7 млн. т нефти теряется в морях и океанах. Установ­лено, что 1 л нефти лишает кислорода 40 м³ воды и может при­вести к уничтожению большого количества мальков рыб и других мор­ских организмов. При концентрации нефти в воде 0,1-0,01 мл/л икринки рыб погибают за несколько суток. Одна тонна нефти способна загрязнить 12 км² водной поверхности.

Космической съемкой зафиксировано, что уже почти 30% по­верхности Мирового океана покрыто нефтяной пленкой, особен­но загрязнены воды Атлантики, Средиземного моря и их берега.

В моря и океаны нефть попадает:

- при загрузке и выгрузке нефтеналивных танкеров, способ­ных перевозить одновременно до 400 тыс. т нефти;

- при авариях танкеров, приводящих к выливанию в море десятков и сотен тысяч тонн нефти;

- при добыче нефти из морского дна и во время аварий на скважинах, расположенных на платформах над водой. Напри­мер, в Каспийском море некоторые платформы по бурению и добыче нефти удалены от берега на 180 км. Следовательно, в случае вытекания нефти на море загрязнение произойдет не только у береговой зоны, удобной для ликвидации последствий загрязнения, но охватит большие площади в середине моря.

Последствия загрязнения Мирового океана весьма серьез­ные. Во первых, загрязнение поверхности нефтяной пленкой приводит к уменьшению поглощения углекислого газа и его накоплению в атмосфере. Во-вторых, в морях и океанах гибнут планктон, рыба и другие обитатели водных сред. В третьих, большие нефтяные пятна на поверхности морей и океанов яв­ляются причиной гибели большого количества перелетных птиц. С высоты птичьего полета эти пятна похожи на поверх­ность суши. Птицы садятся отдохнуть на загрязненную по­верхность воды и тонут.

Однако нефть в океанической воде сохраняется недолго. Ус- тановлено, что за один месяц в океане разрушается до 80% нефтепродуктов, при этом часть из них испаряется, часть эмульгируется (в эмульсиях происходит биохимическое разло­жение нефтепродуктов), а часть подвергается фотохимическо­му окислению.

5. Сокращение площади лесов

Один гектар влажного тропического леса вырабатывает при фотосинтезе 28 т кислорода в год. При этом лес поглощает большое количество углекислого газа и тем самым препятству­ет усилению парникового эффекта. Хотя тропические леса за­нимают всего 7% земной суши, в них насчитывается 4/5 всей растительности планеты.

Исчезновение лесов может при­вести к образованию пустынных земель с суровым климатом. Примером тому является пустыня Сахара.

По мнению ученых, 8 тыс. лет тому назад территория пус­тыни Сахары была покрыта тропическими лесами и густой зе­леной растительностью, имелись многочисленные полновод­ные реки. Сахара была земным раем для людей и диких живот­ных. Об этом свидетельствуют наскальные рисунки, изобра­жающие слонов, жирафов и диких животных, сохранившиеся до наших дней.

Интенсивный рост населения развивающихся стран привел к тому, что ежегодно с поверхности Земли исчезает 120 тыс. км² тропических лесов. По мнению ученых и специалистов, если сохранится современный темп вырубки тропических лесов, то они исчезнут в первой половине следующего столетия.

Вырубка лесов в развиваюшихся странах преследует сле­дующие цели:

- получение товарной твердой древесины;

-освобождение земель для выращивания сельскохозяйст­венных культур.

Эти цели направлены на преодоление дефицита продуктов питания для возрастающего населения. В большинстве случаев тропические леса сначала вырубаются, заготавливается товар­ная древесина, объем которой не: превышает 10% от вырублен­ного леса. Затем вслед за лесозаготовителями производится расчистка территории от остатков леса и формируются земель­ные площади для занятия фермерством.

Однако толщина плодородного слоя почвы в тропических лесах не превышает 2-3 см, поэтому за два года (или максимум за пять лет) плодородие такой почвы истощается полностью. Восстановление почвы происходит лишь через 20-30 лет. В ре­зультате уничтожение тропических лесов для создания новых пахотных земель не имеет никакой перспективы. В то же время безвыходная ситуация, связанная с интенсивным ростом наро­донаселения, не позволяет правительствам развивающихся стран запретить вырубку тропических лесов, что может быть достигнуго лишь усилиями всего мирового сообщества.

Пути решения проблемы сохранения тропических лесов многочисленны, и среди них наиболее реальными можно счи­тать следующие:

— повышение цен на древесину, поскольку в настоящее вре­мя они находятся на таком низком уровне, что доходы от про­дажи древесины не позволяют финансировать восстановление лесов на вырубленных участках. К тому же древесина высокого качества не превышает 10% от объема вырубленного леса;

- развитие туризма и получение от него больших доходов, чем от земледелия. Однако для этого необходимо создать спе­циальные национальные парки, что требует значительных ка­питальных вложений.

6. Опустынивание земель

В целом опустынивание земель происходит по следующим причинам.

Перевыпас. Большое количество крупного рогатого скота на небольшом пастбище может уничтожить всю растительность, оставив обнаженную почву. Такая почва легко подвергается ветровой и водной эрозии.

Упрощение экологических систем. В переход­ной полосе от пустыни Сахары к саваннам Западной Африки шириной до 400 км пастухи выжигают кустарники, полагая, что после пожара будет расти свежая зеленая трава. Однако часто получаются отрицательные результаты. Дело в том, что кустарники питаются влагой глубинных слоев почвы и защи­щают почву от ветровой эрозии.

Интенсивная эксплуатация пахотных земель. Фермеры час­то сокращают севооборот за счет того, что не оставляют поля на отдых. В результате почва истощается, подвергается ветро­вой эрозии.

Заготовка дров. В развивающихся странах дрова применя­ются и для получения тепла, и для приготовления пищи, и для продажи. Поэтому леса интенсивно вырубаются, а на месте бывшего леса начинается быстро распространяющаяся эрозия почвы. Типичным примером является остров Гаити. Некогда он был земным раем для человека и животных, но в последние го­ды на острове из-за резкого роста численности населения ин­тенсивно истребляли леса, и часть почвы пришла в состояние опустынивания.

Засоление - этот вид опустынивания характерен для оро­шаемых земель. В результате испарения воды из ирригацион­ных систем в них остается вода, насыщенная солями, то есть солевые растворы. По мере их накопления растения прекраща­ют рост и погибают. Кроме того, на поверхности почвы обра­зуются твердые солевые корки. Примеры засоления - дельты рек Сенегал и Нигер, долина озера Чад, долина рек Тигр и Ев­фрат, хлопковые плантации в Узбекистане.

Ежегодно из-за опустынивания теряется от 50 до 70 тыс. км² пахотных земель.

Последствиями опустынивания являются нехватка продук­тов питания и голод.

Борьба с опустыниванием включает:

- ограничение выпаса крупного рогатого скота и снижение темпов сельскохозяйственной деятельности;

— использование агролесоводства - посадка таких деревьев, которые в сухой сезон имеют зеленые листья;

— разработка специальной технологии выращивания сель­скохозяйственных продуктов и обучение крестьян эффектив­ной работе.

7. Загрязнение пресной воды

Загрязнение пресной воды вызывает ее дефицит не вследст­вие отсутствия, а из-за невозможности потребления для питья. Вода вообще может быть дефицитом только в пустыне. Однако в настоящее время чистая пресная вода становится редкой даже в тех регионах, где имеются полноводные, но загрязненные промышленными сбросами реки. Установлено, что 1 м³ сточной воды способен загрязнить 60 м³ чистой речной воды.

Основная опасность загрязнения водоемов сточными водами связана с уменьшением концентрации растворенного кислорода ниже 8-9 мг/л. В этих условиях начинается эвтрофикация вод­ного объекта, приводящая к гибели обитателей водных сред.

Различают три вида загрязнения питьевой воды:

- загрязнение неорганическими химическими веществами - нитратами, солями тяжелых мета шов, таких как кадмий и ртуть;

- загрязнение органическими веществами, например, пести­цидами и нефтепродуктами;

- загрязнение болезнетворными микробами и микроорга­низмами.

Меры устранения загрязнений источников питьевой воды включают:

- уменьшение сброса сточных вод в водоемы;

- использование на промышленных предприятиях замкну­тых водооборотных циклов;

- создание эффективно используемых государственных за­пасов воды.

Источники загрязнения окружающей среды

Загрязнением считается привнесение в экологическую сис­тему новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение естественного средне- многолетнего уровня этих агентов в природной среде.

Непосредственными объектами загрязнения служат состав­ные части биосферы - атмосфера, гидросфера и литосфера. Косвенными объектами загрязнения являются составляющие экологических систем, такие как растения, микроорганизмы и животный мир.

Загрязняющими веществами окружающей природной среды являются сотни тысяч химических соединений. При этом осо­бую опасность представляют токсичные вещества, радиоактив­ные вещества, соли тяжелых металлов.

Загрязняющие вещества из разных источников выбросов могут быть одинаковыми по составу, физико-химическим и токсическим свойствам.

Так, диоксид серы выбрасывается в атмосферу в составе дымовых газов тепловых электростанций, сжигающих мазут и уголь; отходящих газов нефтеперерабатывающих предприятий; отходящих газов предприятий металлургической промышлен­ности; отходов сернокислотного производства.

Оксиды азота входят в состав дымовых газов при сжигании всех видов топлива, отходящих (хвостовых) газов производства азотной кислоты, аммиака и азотных удобрений.

Углеводороды поступают в атмосферу в составе выбросов предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и неф­техимической промышленности, транспорта, теплоэнергетики и газодобывающей промышленности, при добыче каменного угля.

Источники загрязнения могут быть природного и антропо­генного происхождения.

К антропогенным относятся загрязнения, возникающие в ре­зультате производственной деятельности людей и в их повсе­дневной жизни. В отличие от природных антропогенные за­грязнения поступают в природную среду непрерывно, что при­водит к накоплению загрязняющих веществ с образованием высоких локальных концентраций, оказывающих вредное влияние на растительный и животный мир.

В свою очередь, антропогенные загрязнения подразделяют­ся на физические, химические и микробиологические группы. Каждая из этих групп характеризуется разнообразием источни­ков загрязнения и особенностями загрязнителей природной среды.

Физическое загрязнение

Физическое загрязнение включает следующие виды загряз­нений природной среды: тепловое, световое, шумовое, элек­тромагнитное и радиоактивное. Рассмотрим каждый вид более подробно.

Тепловое загрязнение возникает в результате локального по­вышения температуры воздуха, водоема или почвы вследствие промышленных выбросов нагретых газов или воздуха, сбросов в водоемы теплых промышленных или сточных вод, а также прокладки наземных и подземных теплотрасс.

Установлено, что около 90% электроэнергии в мире (в Рос­сийской Федерации - 80%) производится на тепловых электро­станциях. Для этого ежегодно сжигается порядка 7 млрд. т ус­ловного топлива. При этом коэффициент полезного действия тепловых электростанций составляет всего 40%. Следователь­но, 60% тепла от сжигания топлива рассеивается в окружаю­щей среде, в том числе при сбросе теплой воды в водоемы.

Сущность теплового загрязнения водоемов при производст­ве электрической энергии заключается в следующем. Водяной пар с высокой температурой и давлением, который образуется в печи тепловой электростанции при сжигании топлива, враща­ет турбину тепловой электростанции. После этого одна часть отработанного пара используется для обогрева жилых и произ­водственных помещений, а другая собирается в конденсаторах за счет отдачи тепла охлаждающей воде, поступающей из во­доема. Конденсат снова подается на получение пара высокого давления для вращения турбины, а нагретая вода сбрасывается в водоем, что приводит к повышению его температуры. Поэтому тепловое загрязнение приводит к уменьше­нию численности разных видов растительных и живых орга­низмов в водоемах.

Если рядом с тепловой электростанцией нет водоема, то ох­лаждающая вода, которая нагрелась при конденсации пара, по­дается на градирни, представляющие собой сооружения в виде усеченного конуса для охлаждения горячей воды атмосферным воздухом. Внутри градирен расположены многочисленные вер­тикальные пластаны. По мере стекания воды сверху вниз тонким слоем по пластинам ее температура постепенно уменьшается.

Охлажденная вода вновь подается для конденсации отрабо­тавшего пара. При работе градирен в атмосферный воздух вы­деляется большое количество водяного пара, что приводит к локальному повышению влажности и температуры окружаю­щего атмосферного воз/духа.

Примером теплового загрязнения водных экологических систем является водохранилище Заинской тепловой электро­станции, которое не замерзаег даже в самые сильные морозы вследствие сброса в него промышленной теплой воды в боль­ших количествах.

Световое загрязнение. Известно, что световое загрязнение природной среды нарушает освещенность земной поверхности при смене дня и ночи, а следовательно, - и приспособляемость растений и животных к этим условиям. Искусственные источ­ники света в виде мощных прожекторов по периметрам терри­торий некоторых промышленных предприятий могут оказы­вать отрицательное влияние на жизнедеятельность раститель­ного и животного мира.

Шумовое загрязнение образуется в результате увеличения интенсивности и повторяемости шума выше природного уров­ня. Адаптация живых организмов к шуму практически невоз­можна.

Шум характеризуется частотой и звуковым давлением. Зву­ки, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. Этот диапазон называется звуковым диапазоном частот. Звуковые волны с частотой ниже 20 Гц на­зываются инфразвуком, а выше 20000 Гц - ультразвуком. Ус­тановлено, что инфразвук и ультразвук представляют опас­ность для человека и живых организмов. Для практических применений удобным является логарифмическая шкала для измерения уровня звукового давления шума, измеряемая в де­цибелах (дБ).

Известно, что верхним пределом шума, не причиняющим человеку неудобства и не оказывающим вредное воздействие на его организм, является уровень звукового давления, равный 50-60 дБ. Такой шум характерен для улицы средней оживлен­ности, для слабой нормальной работы радио- и телевизионной аппаратуры. Шум, превышающий эти значения, приводит к шу­мовому загрязнению окружающей среды. Так, шум грузового автомобиля составляет 70 дБ, работа металлорежущего станка, громкоговорителя при максимальной мощности - 80 дБ, шум при включении сирены скорой помощи и в вагоне метрополи­тена имеет звуковое давление 90 дБ. Сильные раскаты грома создают шум в 120 дБ, шум реактивного двигателя, приводя­щий к болевым ощущениям, равен 130 дБ.

Электромагнитное загрязнение — это изменение электро­магнитных свойств природной среды вблизи линий электропе­редач, радиостанций и телевизиоиных станций, промышленных установок и радарных устройств.

Радиоактивное загрязнение представляет собой повышение естественного фона радиоактивности, вызванное в результате антропогенной деятельности или ее последствий. Так, нор­мальную работу атомной электростанции можно рассматривать как антропогенную деятельность, при этом выделяется безо­пасный для людей радиоактивный газ криптон-85, который имеет период полураспада 13 лет. В то же время он ионизирует воздух и загрязняет окружающую среду.

Аварию на Чернобыльской атомной электростанции можно рассматривать как последствие антропогенной деятельности. При таких авариях опасность представляет радиоактивный иод-131 с периодом полураспада 8 дней, который способен на­капливаться в щитовидной железе человека вместо обычного иода.

Другими опасными радиоактивными элементами являются цезий, плутоний и стронций, имеющие длительные сроки пе­риода полураспада и приводящие к радиоактивному загрязне­нию больших территорий. Период полураспада цезия-137 и стронция-95 равен 30 годам.

Основными источниками радиоактивного загрязнения при­родной среды являются ядерные взрывы, атомная энергетика и проведение научных исследований с применением радиоактив­ных веществ.

Радиоактивное загрязнение природной среды приводит к усилению воздействия альфа-, бета- и гамма-излучений на рас­тительный и животный мир.

Альфа-частица (ядро атома гелия) и бета-частица (электрон) могут попасть в организмы человека и животных в составе пы­ли, воды или пищи. Будучи заряженными частицами, они вы­зывают ионизацию в тканях организма. В результате в орга­низме происходит образование свободных радикалов, взаимо­действие которых приводит к биохимическим изменениям. При медленном протекании таких изменений могут быть созданы благоприятные условия для возникновения онкологических за­болеваний.

Гамма-излучение обладает очень большой проникающей способностью и без труда пронизывает всю толщу организма человека, повреждая его. Доказано, что наибольшей чувстви­тельностью к радиоактивному излучению обладают млекопи­тающие, в том числе и человек. Растения и некоторые низшие позвоночные менее чувствительны к радиоактивному воздей­ствию. Наиболее устойчивы к действию радиоактивных излу­чений микроорганизмы.

Химическое загрязнение

Наиболее массовым и наносящим большой вред природной среде является химическое загрязнение биосферы.

Химическое загрязнение, в отличие от других видов загряз­нений, характеризуется взаимодействием загрязняющих ве­ществ с компонентами природной среды. В результате образу­ются вещества, которые могут быть более или менее вредными, чем сами загрязнители природной среды.

Среди химически загрязняющих атмосферу веществ наибо­лее распространенными являются газообразные вещества, та­кие как оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводо­роды, пыль, сероводород, сероуглерод, аммиак, хлор и его со­единения, ртуть.

К химическим загрязнителям гидросферы относятся нефть, сточные воды промышленных предприятий, содержащие фе­нолы и другие высокотоксичные органические соединения, со­ли тяжелых металлов, нитриты, сульфаты, поверхностно- активные вещества.

Химическими загрязнителями литосферы являются нефть, пестициды, твердые и жидкие отводы химических производств.

К химическим загрязнителям природной среды также отно­сятся отравляющие вещества, или химическое оружие. Разрыв снаряда с химическим оружием покрывает чрезвычайно ток­сичными веществами большие площади и создает угрозу от­равления людей, животных и уничтожения растений.

Микробиологическое загрязнение

Под микробиологическим загрязнением природной среды понимают появление большого количества болезнетворных микроорганизмов, связанное с массовым их размножением на антропогенных питательных средах, измененных в ходе хозяй­ственной деятельности человека.

В атмосферном воздухе могут находиться различные бакте­рии, а также вирусы и грибки. Многие из этих микроорганиз­мов могут быть патогенными и вызывать инфекционные забо­левания, такие как грипп, скарлатина, коклюш, ветряная оспа и туберкулез.

В воде открытых водоемов также встречаются различные микроорганизмы, в том числе и патогенные, вызывающие, как правило, кишечные заболевания. В водопроводной воде цен­трализованного водоснабжения содержание бактерии группы кишечной палочки регламентируется Санитарными правилами и нормами «Питьевая вода. Гигиенические требования к каче­ству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПин 2.1.4.1074-01).

В почвенном покрове содержится большое количество мик­роорганизмов, особенно сапрофитов и условно патогенных. В то же время в сильно загрязненной почве могут быть и бакте­рии, вызывающие газовую гангрену, столбняк, ботулизм и т. д. Наиболее устойчивые микроорганизмы могут находиться в почве длительное время - до 100 лет. К ним также относятся возбудители сибирской язвы.

Демографический взрыв.

В начале XX века на нашей планете проживало около 1,5 млрд. человек, в средине века – 2,5 млрд., а в начале XXI века – уже 6 млрд. В 2011 году цифра приблизилась к показателю 7 млрд. и к концу этого века превысит 10 млрд. Лидируют страны Африки, Латинской Америки, Азии и Китая. Такое увеличение населения сопровождается повышением использования природных ресурсов. Людям нужна вода, пища, жилые дома, дороги, аэропорты, поля и они активно расширяют границы городов, уничтожая леса и поворачивая вспять русла рек.

Сегодня очень остро стоит проблема увеличения отходов. Планета буквально потопает в мусоре и не может справиться с нейтрализацией вредных веществ, количество которых постоянно увеличивается.
Вопросы для закрепления материала

1.Назовите причины разрушения озонного слоя.

2.Причины возникновения парникового эффекта.

3.Причины выпадения кислотных дождей.

РАЗДЕЛ 6.