Экология. ЭКОЛОГИЯ_конспект. Теоретические основы курса "экология" биосфера и человек
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Гигиена – наука о здоровом образе жизни. Интенсивно начала развиваться более 100 лет назад благодаря работам Л. Пастера, Р. Коха, И.И. Мечникова и др. Её основная задача – разработка научных основ санитарного надзора, обоснование санитарных мероприятий по оздоровлению населённых пунктов, охрана здоровья детей и подростков, разработка санитарного законодательства, санитарная экспертиза качества пищевых продуктов и предметов бытового обихода. Важнейшей задачей этой науки является разработка гигиенических нормативов для воздуха населённых мест и промышленных предприятий, воды, продуктов питания и материалов для одежды и обуви человека с целью сохранения его здоровья и предупреждения заболеваний [Агаджанян, 1997]. 2. ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ 2.1. Демографическая и продовольственная проблемы Демографическая проблема – глобальная проблема человечества, связанная с продолжающимся значительным приростом населения Земли, опережающим рост экономического благосостояния, в результате чего обостряются продовольственная и другие проблемы, угрожающие жизни населения в этих странах. Отрицательное воздействие на окружающую среду оказывают все страны мира: промышленно развитые и аграрные. Влияние первых, в основном, связано с техногенными загрязнениями (проживающие в этих странах от 20 до 25% мирового населения выбрасывают в среду около 80% загрязнений) и порождаемыми ими экологическими проблемами: кислотные дожди, глобальное потепление и т.д.; вторых – с прямым уничтожением природы: сведением лесов, исчерпанием природных ресурсов и т.п. Демографическая проблема оказывает влияние не только на положение отдельных стран мира, но и влияет на развитие мировой экономики и международных отношений, требует к себе серьезного внимания, как учёных, так и правительств различных государств. Продовольственная проблема – является одной из наиболее острых, состоящая в нехватке калорийного и рационального питания, которым, по данным ООН, обеспечена лишь 1/3 часть населения Земли (абсолютную нехватку продовольствия по калориям испытывает каждый седьмой житель планеты). Продовольственная проблема тесно связана с демографической проблемой. Для решения продовольственной проблемы существует два пути: экстенсивный путь, состоящий в освоении новых сельскохозяйственных и рыбопромысловых угодий и требующий значительных технических затрат и рациональных программ; интенсивный путь, состоящий в повышении продуктивности уже имеющихся угодий путём развития агротехнической культуры, выведения высокоурожайных сортов растений и высокопродуктивных пород домашних животных и птицы, механизации, химизации, мелиорации, развитии аквакультуры и т.п. [Цветкова, 2001]. 2.2. Парниковый эффект Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896 году. Парниковый эффект – постепенное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере "парниковых газов" (углекислый газ, метан, оксиды азота и др.), которые аналогично покрытию теплицы или закрытым стеклам автомобиля, пропуская солнечные лучи, препятствуют инфракрасному (тепловому) излучению с поверхности Земли. Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас. Однако при повышении концентрации "парниковых газов" увеличивается непроницаемость атмосферы для инфракрасных лучей, что приводит к повышению температуры Земли, изменению погоды и климата. Рост концентрации "парниковых газов" связан с хозяйственной деятельностью человека, в первую очередь – сжиганием углеродного ископаемого топлива (нефти, газа, угля и др.), автомобильным транспортом, промышленными процессами, а также сведением лесов – естественных поглотителей углекислого газа из атмосферы. 2.2.1. Глобальное потепление Вследствие парникового эффекта за последние 100 лет средняя температура поверхности Земли выросла на 0,74°С, причём темпы её роста постепенно увеличиваются. По прогнозам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) – к концу 21 века температура Земли может повыситься от 1,8 до 4,6°С. 2.2.2. Глобальные последствия и их преодоление Правильнее было бы говорить не о "глобальном потеплении", а о "глобальных изменениях климата". Ведь помимо роста температуры происходит и ряд других, связанных с потеплением изменений в сложной и многосвязной системе, какой является наша "машина погоды" – климатическая система Земли. Проявляются они в следующем: усиление изменчивости погоды (сильные морозы, сменяющиеся резкими оттепелями зимой, рост числа необычайно жарких дней летом); угроза для экосистем и биоразнообразия (мигрирующие виды птиц стали раньше прилетать весной и позже улетать осенью, исчезли до 40% видов растений и животных, поскольку их среда обитания изменяется быстрее, чем они могут приспособиться к этим изменениям; при повышении температуры на 1°С прогнозируется изменение видового состава леса); увеличение частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений (штормов, ураганов, наводнений, засух); усиление неравномерности выпадения осадков, а также таких процессов как таяние ледников и вечной мерзлоты, подъёма уровня океана и т.п. Эти и другие проявления климатической изменчивости ежегодно становятся причиной тысяч смертей и наносят колоссальный ущерб. Вне зависимости от того, причастен ли к ним человек или нет, необходимо предпринимать меры по противодействию этим изменениям, сдерживать темпы роста температуры с тем, чтобы избежать опасных и необратимых последствий для природы, экономики и общества в будущем. Предотвратить их полностью человечеству вряд ли удастся. Однако можно попробовать смягчить климатические изменения. В первую очередь, за счёт: ограничения и сокращения потребления ископаемого углеродного топлива (угля, нефти, газа); повышения эффективности потребления энергии; внедрения мер по энергосбережению; более широкого использования неуглеродных и возобновляемых источников энергии; развития новых экологически чистых и низкоуглеродных технологий; через предотвращение лесных пожаров и восстановление лесов, поскольку леса – естественные поглотители углекислого газа из атмосферы [Гарина, 2003]. 2.3. Озоновые дыры Озоновая дыра – локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. Жизнь на Земле немыслима без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям – вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. Истощение озонового слоя способствует усилению "парникового эффекта" и общему загрязнению окружающей среды. В целом содержание озона в атмосфере за последние два десятилетия значительно уменьшилось. Поэтому так важно понять причины возникновения "озоновых дыр". Озон образуется в верхней стратосфере (40-50км) при фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. В нижней стратосфере (10-25км), где озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс. Содержание озона здесь определяют химический состав атмосферы и долговременные (с периодом более 10 лет) вариации процессов переноса. Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны – хлорфторуглероды (ХФУ), чрезвычайно химически стойкие вещества, которые широко используются как газы-носители в аэрозольных баллончиках и т.п. Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано разрушение озона при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Уничтожают озон полёты сверхзвуковых самолётов в стратосфере, запуски космических ракет. Есть предположение о существенном вкладе природных явлений в процессы разрушения озона и возникновения "озоновых дыр". Например, 11-летние циклы солнечной активности, выход озонразрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры. "Озоновые дыры" несут в себе угрозу человечеству и требуют постоянного экологического мониторинга за ними [Гарина, 2003]. 2.4. Кислотные дожди Впервые термин "кислотный дождь" был введён в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом при изучении викторианского смога в Манчестере. Смог (дым, туман) – загрязнение приземного слоя воздуха в больших городах смесью дыма и газовых отходов предприятий и транспорта. Существуют три вида смога: влажный лондонского типа в сочетании с туманом; сухой лос-анджелесского типа, возникающий в результате фотохимических реакций в газовых выбросах под действием ультрафиолетовой солнечной радиации, образует едкую устойчивую синеватую дымку-пелену; ледяной аляскинского типа от бытовых выбросов и пара на отопительных системах, он типичен для резкоконтинентальных зон умеренного пояса. Смог снижает видимость, вызывает раздражение слизистой оболочки глаз, носоглотки, верхних дыхательных путей, повреждает растительность. Во второй половине XX века стало понятно, что кислотные дожди несут в себе угрозу окружающей среде. Кислотный дождь – все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение показателя pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (оксидами серы, оксидами азота). Оксиды серы. Эти соединения попадают в атмосферу естественным путём при извержениях вулканов, но значительная часть атмосферных оксидов серы образуется в результате сжигания природного топлива. Уголь и нефть содержат небольшое количество серы. При сжигании этих видов топлива в атмосферу попадает сера в соединении с кислородом. Растворяясь в дождевых каплях, оксид серы образует серную кислоту. Оксиды азота. При достаточно высокой температуре содержащийся в воздухе азот соединяется с кислородом с образованием оксида азота. В природе это может произойти во время разряда молнии, но основная часть оксидов образуется при сжигании бензина в двигателях внутреннего сгорания (например, в автомобилях) или при сжигании угля. При растворении этих веществ в капельках воды образуется азотная кислота. Таким образом, дожди становятся кислотными при вымывании из воздуха серных и азотных соединений. Это явление имеет несколько последствий, губительных для природы. Например, многие исторические здания построены из известняка – строительного материала, реагирующего с кислотой. С течением времени кислотные дожди буквально разъедают поверхность этих зданий. При выпадении кислотных дождей также происходит закисление почвы и ухудшаются условия существования лесов. И, наконец, кислотные дожди повышают кислотность рек и озер, создавая угрозу флоре и фауне. Методы борьбы с образованием кислотных дождей направлены на улучшение технологии удаления соединений серы из воздушных выбросов промышленных предприятий и электростанций, для чего обычно используют устройство под названием скруббер. Скруббер - это установка очистки воздушных выбросов от пыли, кислотных, щелочных примесей, легкорастворимых в воде веществ и масляного тумана. Скрубберы можно использовать для улавливания паров растворителей, а также многих других веществ с подбором соответствующих видов реагентов-поглотителей [Денисов,2003]. 2.5. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы Природные ресурсы – элементы природы, используемые как источники средства существования людей. Классификация природных ресурсов, основанная на различных целевых подходах к их эксплуатации: с точки зрения их доступности (реальные и потенциальные), происхождения (природные, антропогенные), химической природы (органические, минеральные), по принадлежности к тем или иным компонентам природы (земельные, водные, ископаемые, растительные, в том числе, лесные), по назначению (производственные, научные, эстетические, рекреационные), по сфере использования (энергетические, сырьевые, пищевые). Ресурсы делят также на первичные (непосредственно добываемые в природе) и вторичные материальные (поддающиеся утилизации побочные продукты различных отраслей). Есть и экологические ресурсы - качество окружающей среды, соответствующее требованиям человеческого организма. Природные ресурсы обычно подразделяются на невозобновимые (полезные ископаемые), возобновимые (в основном биологические) и "неисчерпаемые" (энергия Солнца, вода, воздух, тепло недр и др.). К этой же последней категории могут быть отнесены и такие системы жизнеобеспечения как глобальные биогеохимические циклы основных элементов, глобальный гидрологический цикл, циркуляция атмосферы и океана, процессы синтеза-деструкции органического вещества и пр. Это весьма условное деление. Границы между категориями ресурсов размыты. Основываясь на фундаментальных законах природы, П.Р. Эрлих сформулировал пять принципов, или "железных законов" охраны природы, которые Н.Ф. Реймерс дополнил шестым. Эти принципы должны лежать в основе повседневной деятельности каждого человека. В охране природы возможны только успешная оборона или отступление. Наступление невозможно: вид или экосистема, однажды уничтоженные, не могут быть восстановлены. Продолжающийся рост народонаселения и охрана природы принципиально противоречат друг другу. Экономическая система, охваченная манией роста, и охрана природы так же принципиально противоречат друг другу. Не только для всех других организмов, но и для человечества смертельно опасно представление о том, что при выработке решений об использовании Земли надо принимать во внимание одни лишь ближайшие цели и немедленное благо человека. Аргументы об эстетической ценности различных форм жизни, о том интересе, который они представляют сами по себе, или призывы к сочувствию по отношению к нашим, быть может единственным живым спутникам в космосе попадают в уши глухих. Охрана природы должна считаться вопросом благосостояния и в более далекой перспективе - выживания человека. Не повторяющееся и неповторимое заслуживает особой охраны (принцип уникальности) [Романова, 1993]. 2.6. Мониторинг, классификация Термин "мониторинг" был официально выдвинут в 1972 году на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде. Экологический мониторинг – комплексная система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды под действием природных и антропогенных факторов. Основной принцип мониторинга – непрерывное слежение. Экологический мониторинг является составной частью экологического контроля и обеспечивает эту службу необходимой информацией о состоянии окружающей природной среды. По территориальному охвату различают три ступени экологического мониторинга: локальный (биоэкологический, санитарно-гигиенический); региональный (геосистемный, природно-хозяйственный); глобальный (биосферный, фоновый), включающий в себя наблюдения за состоянием окружающей среды из космоса – космический мониторинг. В программу локального мониторинга, ограниченного небольшой территорией, входят биоэкологические (санитарно-гигиенические) наблюдения за изменением в различных сферах содержания загрязняющих веществ, обладающих канцерогенными, мутагенными и иными неблагоприятными свойствами. Пункты экологических наблюдений располагаются в местах концентрации населения и районах интенсивной его деятельности с таким расчётом, чтобы они контролировали основные линии связи человека (трофические и др.) с естественными и искусственными компонентами окружающей среды. Это могут быть территории промышленно-энергетических центров, атомных электростанций, нефтепромыслов, агроэкосистем с интенсивным применением ядохимикатов и др. На региональном (геосистемном) уровне наблюдения ведут за состоянием экосистем крупных природно-территориальных комплексов (бассейнов рек), где имеются отличия параметров от базового фона ввиду интенсивных антропогенных воздействий. Обеспечить наблюдение, контроль и прогноз возможных изменений в биосфере в целом – задача глобального мониторинга. Его называют ещё фоновым, или биосферным. Объектами глобального мониторинга являются атмосфера, гидросфера, растительный и животный мир и биосфера в целом как среда жизни всего человечества. При выполнении работ по программе глобального мониторинга особое внимание уделяют наблюдениям за состоянием природной среды из космоса, с помощью спутниковых дистанционных методов. Космический мониторинг позволяет получить уникальную информацию о функционировании экосистем, как на региональном, так и на глобальном уровнях [Степановских, 2003]. 2.7. Методы контроля за состоянием загрязнения окружающей среды Загрязнение – это всё то, что появляется не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит её системы из равновесия, отличается от нормы, обычно наблюдаемой и (или) желательной для человека. 2.7.1. Загрязнение почв Поверхностные горизонты почв легко загрязняются. Основные загрязнители почвы:  Стремясь повысить урожаи выращиваемых культур, человек широко применяет удобрения, пестициды, строит оросительные и осушительные системы. Одним из видов антропогенного воздействия на почву является усиление процессов водной и ветровой эрозии. Эрозия – процесс разрушения и переотложения почвенных частиц воздушными или водными потоками. Эрозия почвы происходит и в естественных условиях, однако она значительно ускоряется вследствие антропогенного воздействия на экосистемы, выражающегося в чрезмерной и неправильной распашке земли, в том числе без учёта рельефа, сведения лесов. Значительно снижает плодородие почв их засоление — повышение содержания легкорастворимых солей. Наиболее часто засоление вызывается нерациональной системой орошения земель. Почвы считаются засоленными при содержании в них более 0,1 % по массе солей, токсичных для растений. Значительное загрязнение плодородного слоя почвы и отчуждение сельскохозяйственных земель вызывает складирование и (или) захоронение промышленных и бытовых твёрдых отходов. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами и др. Огромный вред для функционирования почв представляют газодымовые выбросы промышленных предприятий. Почва способна накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например, тяжелые металлы, радионуклиды и радиоизотопы, оседающие из этих выбросов. Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами. Причины загрязнения: аварии на нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы и т.д. 2.7.2. Загрязнение воды Наиболее важными антропогенными процессами загрязнения воды являются стоки с промышленно-урбанизированных и сельскохозяйственных территорий, выпадение с атмосферными осадками продуктов антропогенной деятельности. Эта процессы загрязняют не только поверхностные воды (бессточные водоёмы и внутренние моря, водотоки), но и подземную гидросферу (артезианские бассейны, гидрогеологические массивы), Мировой океан (в особенности акватории и шельфы). На континентах наибольшему воздействию подвергаются верхние водоносные горизонты (грунтовые и напорные), которые используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Аварии нефтеналивных танкеров, нефтепроводов могут быть существенным фактором резкого ухудшения экологической обстановки на морских побережьях и акваториях, во внутриконтинентальных водных системах. Отмечается тенденция увеличения этих аварий в последнее десятилетие. Виды загрязнений: |