Лекции. Тема 1 Предмет и задачи экологии. Экология междисциплинарная область знания
 Скачать 366 Kb.
|
|
7. ОХРАНА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Литосфера– внешняя относительно прочная оболочка Земли, которая включает земную кору и часть верхней мантии планеты. Мощность литосферы под океанами составляет 5 – 100 км, под континентами 25 – 200 км. Возраст планеты Земля определён более чем в 4,5 млрд. лет. Её поверхность за этот период претерпевала значительные изменения. В настоящее время площадь суши всех континентов и островов на планете составляет 148 млн. км2. 10 % этой территории покрыто ледниками. Остальная часть суши является пространством среды обитания – исчерпаемым ресурсом. Жизнь в литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры, в основном, почве. Почва – наружные верхние горизонты горных пород, изменённые совместным влиянием воды, воздуха и деятельностью живых организмов. Т.о., почвы представляют собой смесь минеральных веществ, возникших в результате разрушения горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности и разрушения организмов, главным образом, растений. Важную роль в разложении органического вещества, поступающего в почву, играют различные микроорганизмы – грибы, бактерии и т.д. В результате этого процесса в почве создаются запасы углерода, азота, фосфора, калия, магния и других элементов в форме, доступной для использования высшими растениями. Русский учёный – естествоиспытатель В. В. Докучаев в своих работах (1870 г.) первым рассмотрел почву как динамическую, а не как инертную среду. Он доказал, что почва постоянно изменяется и развивается, а в её активной зоне идут химические, физические и биологические процессы. Структура почвы Как среда обитания, почва обладает рядом особенностей. Представляет сбой трехфазную систему. Первая - твёрдая фаза - состоит из различных по величине твёрдых частиц (минеральная основа – 50 - 60 % общего веса почвы, органическое вещество – 10 %). Вторая – жидкая фаза – представлена почвенной влагой (25 – 30%). Третья – газообразная фаза – представлена газами, заключёнными в порах и растворёнными в воде (15 – 25%). Факторы почвообразования Почвообразующие породы – субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород в большей мере зависит и тип почв. Растительность оказывает влияние на формирование органической составляющей. Зелёные растения являются создателями первичных органических веществ. Наибольшее количество органического вещества дают лесные сообщества, особенно в условиях влажных тропиков – 250 ц/га, минимальное количество органического вещества создаётся в условиях тундры, пустынь – 5-10 ц/га. Животные организмы – их основная роль состоит в преобразовании первичных органических веществ. В почвообразовании принимают участие как почвенные, так и наземные организмы. В почвенной среде животные представлены, в основном, беспозвоночными (биофаги+сапрфаги-нематоды, дождевые черви). На 1 га – более 1млн. простейших. Самые многочисленные представители наземного мира, участвующие в почвообразовании – мыши – полёвки и другие мелкие грызуны. Микроорганизмы. Растительные и животные останки, попадая в почву, подвергаются сложным изменениям. Определённая их часть распадается до углекислоты, воды, простых солей. Оставшаяся часть переходит в новые сложные органические соединения. Огромное значение в осуществлении этих процессов играют микроорганизмы – бактерии, вирусы, одноклеточные водоросли. На 1 га – миллиарды. На поверхности почвы органическое вещество под воздействием различных химических агентов, бактерий, микроорганизмов разлагается с образованием почвенного гумуса - органической составляющей почвы. Содержание гумуса в почве характеризует ее плодородие. Чернозёмы – главное богатство Украины. Они составляют около половины мирового запаса чернозёмов. В украинских чернозёмах содержание гумуса составляет сейчас от 4 до 6% веса почвы (для сравнения – в 19 в. гумус составлял 8-16 %). Климат. С ним связаны тепловой и водный режим почвы. Тепловой режим – совокупность процессов теплообмена в системе «приемный слой воздуха – почва- почвообразующая порода». Водный режим – определяется количеством атмосферных осадков и испаряемостью, распределением осадков в течение года. Топографический фактор – высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастает количество осадков, скорость ветра, возрастает интенсивность радиации, понижается атмосферное давление, концентрации газов. Все эти факторы оказывают влияние на растения и животных, обуславливая вертикальную зональность. Рельеф – один из факторов распределения по земной поверхности тепла и воды. Горные цепи могут служить климатическими барьерами, барьерами для распространения и миграции организмов, могут играть роль лимитирующего фактора в процессах видообразования. Крутизна склона определяет скорость дренажа воды и смывание почв. На крутых склонах почвы маломощные и сухие. Экспозиция склона определяет количество получаемого солнечного света. В северном полушарии больше солнечного света получают склоны, обращенные на юг, в южном полушарии имеет место обратная ситуация. Время – необходимое условие протекания любого процесса в природе. Абсолютный возраст почв Восточно – Европейской равнины, Западной Сибири, Северной Америки, определённый радиоуглеродным методом, - от нескольких сот до нескольких тысяч лет. Например, для образования слоя гумуса толщиной в 1 см необходимо 200 – 400 лет. В последнее время существенным фактором, влияющим на почвообразование, является хозяйственная деятельность человека. Почва в этом случае испытывает различные виды антропогенной нагрузки – изменение химического состава, нарушение почвенного покрова – деградация, эрозия. В настоящее время расширения зоны пустынь составляет 44 га/мин; Активная вырубка лесов привела к сокращению площади тропических лесов на 2/3, в районе реки Амазонки на 2/5; Рост площадей антропогенных ландшафтов. Классификация почвенных загрязнений и нарушений почвенного покрова Наибольшую опасность для грунтов представляет химическое загрязнение, биологическое загрязнение, радиоактивное загрязнение, эрозия, засоление. 1. Химическое загрязнение почвы – результат хозяйственной деятельности человека. Загрязнение тяжёлыми металлами – свинцом, ртутью, хромом, никелем, загрязнение грунтов канцерогенными веществами типа полициклических ароматических углеводородов обычно имеет вид локального загрязнения. Основными источниками этого вида загрязнений являются выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей, самолётов и т.д. К химическому загрязнению почвы можно отнести загрязнение пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений. Могут находится в почве в больших количествах. ДДТ (дихлор-дифенил - трихлорметилметан) - препарат, который можно отнести к этой группе. Является не только высокотоксичным соединением, но и обладает значительной химической стойкостью, не разлагаясь в течение десятков лет. Следы этого соединения обнаружены даже в Антарктиде. 2. Биологическое загрязнение. Патогенные микроорганизмы, которые попадают в грунт и размножаются там, могут быть возбудителями острых инфекционных заболеваний, таких как сибирская язва, гангрена, бутулизм, брюшной тиф, дизентерия. 3. Загрязнение радиоактивными веществами. Радиоактивные вещества по своим химическим свойствам практически не отличаются от аналогичных нерадиоактивных элементов и легко проникают в живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера наиболее опасный – 90Sr (стронций – 90). Данный радиоактивный изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2-8%), большой период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием. А, значит, и способность откладываться в костных тканях животных и человека, относительно высокую подвижность в почве. 4. Эрозия почв. Слово «эрозия»происходит от латинского erosio – разъедать, выгрызать. Снижение урожайности на эродированных почвах достигает 36 – 47%. Причиной снижения биопродуктивности является снижения сдержания гумуса в почве. Мировые тенденции таковы: если сейчас на каждого жителя планеты приходится по 0, 28 га плодородной земли, то к 2030 году эта цифра будет составлять 0, 19 га. Эрозия – естественный геологический процесс, который нередко усугубляется неосмотрительной хозяйственной деятельностью. Различают водную эрозию и ветровую эрозию. 5. Засоление почв происходит при контакте почвенного покрова с минерализованными поверхностными или подземными водами. Пути поступления загрязнений в почву Различные почвенные загрязнения можно разделить по характеру поступления загрязнений в почву. Из множества вариантов можно выделить следующие основные: С атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в водяных парах атмосферы, вступают в химические реакции с водой и выпадают в виде кислотных дождей. Формирование полигонов бытовых и промышленных отходов, отвалов, отстойников. Масштабы такого рода загрязнений значительны для промышленных регионов и крупных мегаполисов (в Донецкой области – 1% территории). Фильтрация в почвенный слой загрязняющих веществ с отвалов бытовых и промышленных отходов, шламоотстойников и т.д. Осаждение в виде пыли и аэрозолей твёрдых и жидких загрязнителей. При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут поглощаться почвой, особенно влажной. С растительным опадом. Различные вредные соединения в любом агрегатном состоянии поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Когда листья опадают, все эти соединения попадают в почву. Охрана почвенного покрова Любые загрязнения, находящиеся в почве рано или поздно попадают в организм человека: Сельскохозяйственные культуры во время роста и питания вбирают в себя вещества, загрязняющие почву; Происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоёмы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд; Загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоёмов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам попадают в организм человека. Основные экологические законы (по Джигирею) Закон минимума, сформулированный в 1840 году Ю. Либихом: «веществом, которое в минимуме управляется урожай и определяется величина и устойчивость его во времени». Закон толерантности Шелфорда (1913 г.) звучит следующим образом: «отсутствие, невозможность развития экосистемы определяется не только недостатком, а и излишком какого-либо фактора (элементы пищи, свет, тепло, вода)». Закон конкурентного исключения: два вида, которые занимают одну экологическую нишу, не могут сосуществовать бесконечно долго. Победа одного из видов зависит не только от внешних условий. Важным условием является скорость роста популяции. Неспособность вида к биотической конкуренции приводит к его вытеснению и необходимости приспособления к более сложным условиям существования. Закон пирамиды энергии Р. Линдемана : с одного трофического уровня экологической пирамиды на следующий переходит в среднем не больше 10% энергии. Обратный поток с более высоких на более низкие уровни намного слабее не больше 0,25 – 0,5%, поэтому говорить про круговорот энергии будет неверно. Закон однонаправленности потока энергии в экосистеме: энергия, которую получает экосистема и которая усваивается продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передаётся консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам, что сопровождается потерей определённой части энергии на каждом трофическом уровне как следствие процессов, которые сопровождают дыхание. Закон максимизации энергии (сформулирован Г. и Ю. Одумами, дополнен М. Реймерсом): В конкуренции с другими системами сохраняется та, которая наиболее способствует поступлению энергии и информации и использует максимально возможную их величину наиболее эффективно. Система создаёт накопители высококачественной энергии, часть из которой использует на обеспечение поступления новой энергии, обеспечивает нормальный круговорот веществ и создаёт механизм регулирования, поддержки устойчивости системы, её способности приспосабливаться к изменениям, налаживает обмен с другими системами. Это значительно повышает шансы на выживание. Три биогеохимических принципа Вернадского, которые объясняют сущность биогенной миграции химических элементов: Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению; Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых форм жизни, идёт в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов; Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, что является фактором, воссоздающим и поддерживающим биосферу. |