Возможности и особенности применения концепции "Экология и диалектика" в младших классах средней школы

75

дипломная работа

Возможности и особенности применения концепции "Экология и диалектика" в младших классах средней школы

Оглавление

• Введение
• • Глава i. Экология в младших классах в современной российской школе
  • 1.1 Некоторые методические аспекты экологизации школьного образования
  • 1.2 Уровни экологизации
  • 1.2 Об особенностях экологического воспитания детей дошкольного и младшего школьного возраста (Н.Ф. Виноградова)
  • Глава 2. Экология и учебно-воспитательный процесс
  • 2.1 Основные эколого-химические понятия (в школьных курсах)
  • 2.1.1 Краткий словарь основных экологических и химико-экологических понятий
  • 2.1.2 Сфера разума
  • 2.2 Некоторые локальные и глобальные экологические проблемы
  • 2.2.1 Влияние атмосферы на организм человека
  • 2.2.2 Экологические последствия загрязнения атмосферы
  • 2.2.3 Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы
  • 2.2.4 Нарушение озонового слоя
  • 2.2.5 Кислотные дожди, их причина и вредное влияние
  • 2.2.4 Основные понятия и законы экологии
  • Глава 3. Экспериментальная часть
  • 3.1 Окружающий мир. Урок по теме: Что нас окружает?
  • 3.3 Анализ проведенных учебно-воспитательных мероприятий
  • 3.4 Тесты
  • 3.5 Анализ учебника "Окружающий мир". Природоведение (традиционная программа)
  • Заключение
  • Выводы
  • Литература
  • Тематическое планирование уроков по "ЗОМ" (68 ч)

Введение

Тема настоящей работы актуальна по той причине, что атмосфера занимает важное место в обеспечении жизнедеятельности организма; она часто загрязняется и поэтому эта тема важна для обсуждения. Изучение атмосферы и возможностей борьбы за ее чистоту - очень важная составляющая учебно-воспитательного процесса. Поэтому цель работы состоит в том, чтобы продемонстрировать возможности повышения экологической культуры, суммы экологических знаний в младших классах. Для этого в работе выполнен критический анализ программ и пособий с точки зрения их использования в экологическом воспитании учащихся.

Название эксперимента "Экология и диалектика" отражает самое главное в существовании человека: его умение жить в гармонии с окружающим миром - природой, людьми, обществом, способность к постоянной адаптации, смене стиля жизни и мышления с тем, чтобы "вписаться" в столь быстро меняющийся мир.

Целью эксперимента "Экология и диалектика" является раннее и разностороннее развитие детей, формирование их экологического и вероятностного мышления. Жизнь постоянно ставит нас перед необходимостью выбора, и школа должна научить детей анализировать ситуацию, просчитывать возможные результаты и, как следствие, принимать в данной ситуации оптимальное или близкое к оптимальному решение.

Изучение "Закономерностей окружающего мира" и курса химии в рамках модели "Экология и Диалектика" должно строиться так, чтобы явить собой для учащихся продолжительный по времени исследовательский процесс, затрагивающий разнообразные и часто незнакомые области человеческого существования, поиск ответов на возникающие в процессе этого исследования, вопросы, выдвижение различных гипотез, их рассмотрение и выбор наиболее достоверных из них, анализ отобранных, их оценка и, возможно, получение закономерного результата. [Зверев И.Д., Суравегина И.Т. и др. Экологическое образование школьников. - М., 1983.; Экологическое образование школьников. /Под ред. Зверева И.Д., Суравегиной И.Т. - М.: Педагогика, 1983.]

Исходя из актуальности исследования, в работе была поставлена следующая цель: на основе анализа методической литературы и опыта работы учителей-новаторов разработать и апробировать уроки в курсе "Закономерности окружающего мира" и "Химия-8" по теме "Круговорот веществ в природе" на примере воды и кислорода.

Настоящая работа состоит из введения, двух глав, выводов, списка литературы из 44 источников и изложена на 58 страницах машинописного текста.

Глава i. Экология в младших классах в современной российской школе

Изучая состояние вопроса на сегодняшний день в Российской школе, необходимо рассмотреть следующие аспекты.

1.1 Некоторые методические аспекты экологизации школьного образования

В условиях перехода общества к устойчивому развитию все более осознается "экологическая недостаточность" среднего образования. Учебные материалы не адекватны приоритетным целям обучения. Отсутствуют условия для разнообразной самостоятельной деятельности школьников; учение ориентировано преимущественно на восприятие и память, не обеспечивая должного развития мышления, воображения, познавательных интересов, а главное - ответственного отношения к сохранению условий жизни на Земле. Предметное преподавание вынуждает каждого преподавателя думать не об идеале или стратегических целях образования, а в первую очередь о тех знаниях, которые необходимо сообщить обучающимся в соответствии с традиционными требованиями. Да и чрезмерная насыщенность учебного процесса специальной информацией не дает учителю передохнуть от "гонки" обучения, задуматься о будущем, о возможных переменах, о способах их реализации.

Однако время требует от руководителей образования и от каждого учителя осознания новых реальностей и соответствующего этим реальностям изменения педагогической деятельности. Важно поэтому определить идеи экологизации общего среднего образования, подходы к ее реализации.

Когда речь идет об "экологическом сознании", то имеют в виду ряд его характеристик:

интерес к проблемам окружающей среды;

мера озабоченности экологическими вопросами родителей, педагогов, друзей, населения в целом;

понимание состояние природной среды, осознание личной ответственности за решение экологических проблем;

готовность к экологической деятельности.

Экологическое сознание - сложный феномен, его развитие предписывает необходимость воздействия на интеллект, эмоции и волю школьника. Все это требует интегрального, междисциплинарного подхода.

Как понимать выражение "экологизация"?

Чтобы разобраться в этом понятии, обратимся к экологии как научной дисциплине. Греческое слово "ойкос" означает "дом", но не просто жилище, а среду обитания. Среда обитания человека - дом, природная среда, семья, коллектив, город, народ, Земля, космос. "Логос" (др. гр) - не только наука, но и слово, речь, положение, суждение, формулировка, вопрос, разум, разумение.

В поисках смысла понятие "экологизация" можно предположить, что необходимо и достаточно проникновение понятий экологии во все научные области.

К понятию экологизация можно подойти и с другой стороны, со стороны понятия новой постнеклассической рациональности, которой свойственны такие признаки:

взаимодействие науки с другими феноменами культуры;

связь познавательных процедур с исторически меняющимися ценностными ориентациями;

особое внимание к исследованию сверхсложных самоорганизующихся систем с участием живого и человека - междисциплинарные, проблемно ориентированные исследования.

Объем понятия "экологизация" расширяется и приобретает двустороннее значение. А потому можно уточнить понятие экологизации и толковать его как взаимопроникновение понятий и теорий разных областей знания при описании любых систем с участием живого. Следовательно, экологизация есть интеграция разных областей знания в целях изучения взаимодействия живого вещества с иными компонентами (физическими, химическими, биологическими, природными и социальными) экосистемы как экологической единицы окружающей среды.

Экологизацию можно представить как:

взаимопроникновение знаний о взаимодействии общества и природы, экологических взаимодействиях разного уровня в современные области естествознания, гуманитарные науки и технику.

Дополнительность отдельных областей знания на разных уровнях познания - философском, естественно-научном, гуманитарном.

Мы понимаем экологизацию как взаимопроникновение понятий и теорий разных областей знания при описании любых систем с участием живого. Экологизация предписывает новый подход к построению современной научной картины мира.

Познание экологических взаимодействий способствует пониманию целостности систем любого ранга. Важно, чтобы все учебные дисциплины стремились представлять не разрозненные, единичные компоненты, а целостную систему, ориентируясь на понятия природы, человека и их экологических взаимодействий, целостности мира через образ научной картины мира.

Экологизация - это преподавание любой учебной дисциплины с учетом особенностей современной эпохи - эпохи тектонических сдвигов и геополитических переделов. Одновременно экологизация позволяет каждому школьнику "вернуться к вечному в прошлом" (Бердяев Н. А), т.е. почувствовать глубины мудрости и страдания, подвиги и падения, нравственность и бесстыдство человека разных эпох.

Экологизация означает описание экосистемы любого ранга как компонента окружающей среды, как ресурса и как условия жизнедеятельности людей и как предмета и объекта познания, как универсальной ценности.

Экологизация - это познание фундаментальных экологических взаимодействий как личностно значимых, а потому подвластных регулированию, управлению, оптимизации через обдумывание, разработку и принятие решений, что и будет проявлением бисоферной функции вида Homo sapiens.

Экологизация предполагает, что учитель использует все методы познания - научные, художественные, обращаясь к искусству, в особенности к поэзии.

Экологизация предписывает развитие у школьников экологических ценностных ориентаций, понимания ими связи ценностей и нормативов деятельности, различие их функций: соотнесения ценностей с целеполаганием, тяготение нормативов к средствам и способам деятельности, более жесткую детерминацию деятельности системой нормативов.

Интегрирующим фактором различных направлений естествознания является пространство, что приводит к сближению экологии с географией, точнее с ландшафтоведением. Пространство, в котором находятся во взаимодействии гео-, эко- и социосистемы, составляет объект социоэкологических исследований.

Интегрирующую роль в этом случае выполняют законы экологических взаимодействий природы и общества, которые на сегодняшний день сформулированы в аксиоматической форме Б. Коммонером.

Все связано со всем - вред одному компоненту системы скажется на системе в целом.

Все должно куда-то деваться - отходы не исчезают бесследно, их перерабатывают экосистемы биосферы, но они на пределе.

Природа знает лучше - человек, "улучшая" природу, нарушает ход естественных процессов.

За все нужно платить - все виды взаимодействия человека с природой должны оцениваться экономически.

Взаимосвязь экологических знаний с деятельностью человека выражается такими основными понятиями как антропогенный фактор и защита окружающей среды. Каждое из понятий имеет сложный состав и формулируется поэтапно. Понятие антропогенного фактора предполагает рассмотрение видов деятельности человека (причина), изменений в окружающей среде (следствие) и реакций соответствующих биосистем (результат). Способы воздействия человека (условия) на окружающую природную среду зависят главным образом от господствующих в обществе ценностей. Употребляя словосочетание "Защита окружающей среды", мы видим его составляющие: защита (сохранение) разнообразия жизни на Земле путем сохранения типичных и устойчивых экосистем; защита окружающей среды от загрязнения; создание особо охраняемых заповедных территорий и ряда иных мер экономического, воспитательного характера, ни одна из которых не укладывается в рамки предмета в силу своего междисциплинарного характера.

Можно спросить: "А как же понятие охраны природы?" Понятие охраны природы развивается от первоначального понимания как консервации природных ресурсов к пониманию адаптивной деятельности человека в изменяющейся среде, от него - к деятельности по управлению процессами взаимодействия общества и природы. Школа призвана показать трансформацию смысла экологической деятельности. При этом подчеркиваются различия природоохранной деятельности биолога от соответствующей деятельности физика, химика.

1.2 Уровни экологизации

Экологизация является одним из общепедагогических факторов совершенствования учебно-воспитательного процесса, т.к содействует:

повышению теоретического уровня преподавания благодаря взаимодействию естественно-научных и социально-гуманитарных дисциплин;

формированию бескорыстных и возвышенных мотивов деятельности по отношению к окружающей среде;

пониманию сущности экологической опасности и путей ее преодоления;

воспитанию человека, ответственного за принимаемые экологические решения.

Первым уровнем является понимание педагогической общественностью необходимости становления экологически ответственного сознания учащихся. Второй уровень включает экологизацию базисного учебного плана, где должна быть введена новая образовательная область - "Экология", обозначена и соответствующая учебная дисциплина экологического характера, например, "Основы устойчивого развития", "Окружающая среда и развитие", "Человек: экология и культура". До сих пор экологизация этого уровня встречает непонимание.

Новая образовательная область "Экология" выполняет ряд уникальных, не заменимых никакой дисциплиной, функций. Можно указать три важнейших (табл.1.1).

Таблица 1. Функции образовательной области "Экология"

Третий уровень включает экологизацию традиционных учебных дисциплин. Важно при этом определить для каждой учебной дисциплины "ядро", вокруг которого интегрируются сведения экологического характера. Такими "ядрами" могут стать понятия:

окружающая человека среда;

устойчивое развитие общества;

экологическая безопасность;

экологические кризисы в истории человечества;

здоровье человека;

народонаселение и т.д.

Четвертый уровень - уровень методического обеспечения тех общеобразовательных курсов, что обозначены в базисном учебном плане, а так же программ и пособий экологизированных курсов образовательной области естествознания. Экологизация общеобразовательной школы затрагивает все компоненты методической системы каждой учебной дисциплины (табл.1.2).

Таблица 2. Экологизация методики преподавания

В процессе экологизации системообразующим фактором в школьных дисциплинах может выступить экологическая проблема. От решения экологической проблемы во многом зависит выживание человечества.

Глобальная экологическая проблема - новая природно-социальная реальность, которая отражает обострение противоречий в системе "природа - общества". Новая, так как в прежние эпохи острые экологические противоречия носили локальный характер.

Глобальная экологическая проблема требует для своей характеристики опоры на такие философские категории, как противоречие, цель, потребности, деятельность, система, пространство, время, эволюция, причинность, вероятность. Необходимы так же общенаучные понятие - информация, управление, оптимальность, устойчивость, модель - и широкий круг понятий конкретных наук.

В методическом отношении центральным является аргументация ответов на вопросы:

Можно ли разрешить глобальные экологические проблемы?

В силах ли человечество преодолеть состояния, возникшие как результат его собственной деятельности?

Преподавателю необходимо показать что интеллектуальное могущество людей может быть почти с одинаковой эффективностью направлено как на разрушение, так и на восстановление, защиту природы, что сегодняшняя ситуация требует коренного изменения культурных оснований бытия, изменений воззрения на мир человека в природе, преодоления стихии развития, перехода к развитию, направляемому разумом, - устойчивому развитию.

При рассмотрении любой экологической проблемы учитель умело может "играть" масштабами, раскрывать глобальный, региональный и местный подходы.

Рассмотрение в учебном процессе любой экологической проблемы включает элементы прогностики, заботы о будущем, проектирование будущего, как человека, так и природной среды. Создать настроение заботы, думы о будущем у молодого поколения не так просто, особенно, если речь идет не о самом человеке, а об окружающей среде.

Приведем два примера изучения экологических тем в форме самостоятельный модулей. Первый - экология человека.

Человек находится в системе экологических отношений - связей, которые есть природные связи и отношения. Для наших рассуждений важно, что эти связи имеют две стороны - внешнюю и внутреннюю. Внешние отношения есть связи с окружающей средой, внутренние - есть связи с самим собой, через понимание телесного, психологического и духовного здоровья. Актуальность целостного изучения человека объясняется рядом обстоятельств, сложившихся в социальных и образовательных системах, из которых главными являются развитие депопуляционных процессов, падение ценностных отношений к здоровью, снижение потребности и умений у широких масс населения быть здоровыми, увеличение числа людей, ведущих нездоровый образ жизни.

В настоящее время человек живет в условиях искусственного шума, вибраций, искусственных электромагнитных полей. Приспособительные функции организма нарушаются, возникает угроза неблагоприятных сдвигов здоровья населения как на глобальном, так и на локальном уровнях.

Человек рассматривается в общем образовании лишь в курсе "Человек и его здоровье" (8 класс) односторонне, преимущественно как телесное существо. В соединении курса преобладают анатомо-морфологические характеристики телесности человека, которые исследуются главным образом на уровне эмпирических представлений и описаний без базиса эволюционных явлений, сопутствующих становлению вида Homo sapiens.

В сложившихся условиях важнейшей становится проблема здоровья каждого, точнее, понимание каждым человека того, что свое здоровье надо развивать и защищать, и это требует каждодневного внимания.

В самом деле, здоровье - совокупность групповых и индивидуальных выборов, определяющих режимы труда и отдыха, пищевые и другие поведенческие привычки. Здоровье в отличие от болезней является результатом связи многих подсистем общественной жизни, в которые включен человек.

Какова же должна быть методическая система изучения человека через призму здоровья?

Исходной основой построения методической системы является целеполагание. Основная цель уже заложена в самом вопросе.

Вспомогательные цели включают:

развитие интеллектуальных умений, организующих познавательную деятельность школьников;

формирование умений наблюдать и оценивать свое здоровье, пользуясь измерителями и опытами, истолковывая данные и формируя гипотезы и рабочие определения;

развитие представлений о связях духовного развития человека с особенностями местной природы и характером культуры эпохи;

овладение практическими умениями в целях улучшения и защиты здоровья и решения экологических проблем своей местности.

Важным методическим условием развития знаний о человеке, проблеме защиты и укрепления его здоровья имеет логика построения комплекса занятий. В программе модуля необходимо соединить две логики. Первая связана с познанием человека в границах антропоэкосистемы и выглядит следующим образом.

Последовательность исследования антропоэкосистемы предполагает рассмотрение ряда положений (табл.1.3).

Таблица 3.

Таблица 4. Логика изучения проблемы здоровья выглядит следующим образом

Темой 2-го модуля является сохранение биоразнообразия.

Одна из острейших глобальных проблем - сохранение биоразнообразия. Разнообразие выступает как критерий историко-эволюционного прогресса применительно к биологическим и социобиологическим системам. устойчивость систем, в первую очередь социоприродных экосистем, зависит от биоразнообразия на уровне видов.

Биологическое разнообразие можно рассматривать как "терминологический зонтик" для обозначения разнообразия природы, включающего в себя все виды животных, растений, микроорганизмов, экосистем и протекающих в них экологических процессов.

Прежде всего важно создать у школьников мотив и потребность изучения биоразнообразия, что возможно при условии показа и доказательства неразрывной связи каждого из сидящих в классе с разнообразием видов на планете в целом и в пределах своей местности.

Третий этап изучения проблемы предполагает знакомство с теорией разнообразия видов как продукта длительной эволюции в биосфере, а так же с экологическими функциями основных царств живого в биогенной миграции атомов.

Биологическое разнообразие живого вещества выполняет в биосфере важную функцию главного организатора геохимического круговорота, оказывается наиболее чутким индикатором состояния биосферы и ее природных компонентов, мощности и устойчивости ее внутренней среды.

Завершающим этапом изучения проблемы сохранения биоразнообразия является составление каждым школьником личностной программы сохранения биоразнообразия на территории своей местности.

Таблица 5. Этапы изучения проблемы биоразнообразия

1.2 Об особенностях экологического воспитания детей дошкольного и младшего школьного возраста (Н.Ф. Виноградова)

Особое внимание к исследованию проблем экологического образования детей дошкольного и младшего школьного возраста можно объяснить двумя основными причинами: необходимостью рассматривать экологическое воспитание как непрерывный и систематический процесс в течение всего периода детства; актуальностью формирования элементарной экологической культуры в наиболее благоприятный период эмоционального взаимодействия ребенка с природой.

Можно выделить несколько направлений педагогической деятельности, в той или иной мере затрагивающих проблему экологического воспитания детей 5-10 лет:

теоретическое (определение актуальных идей экологического образования, методологических и теоретических оснований для его организации);

исследовательское (опытно-экспериментальная проверка различных моделей экологического воспитания детей указанного возраста);

деструктивное (сопоставление разных точек зрения, определение приоритетных целей экологического образования и наиболее целесообразных путей их реализации);

дидактическое (пересмотр содержания естественно-научного образования с точки зрения принципа экологизации, отработка всех компонентов методической системы);

практическое (организация различных видов интеллектуальной и практической деятельности в природе как в организационных рамках занятия или урока, так и в кружковой работе).

В последние годы и в России появилась тенденция рассмотрения экологического воспитания как одного из важнейших аспектов социализации личности. Это означает:

а) умение осуществлять социальные роли и позиции, без которых невозможно взаимодействие общества и природы, безболезненное и неопасное для обеих сторон;

б) наличие определенных ориентаций в виде оценочных мотивов поведения;

в) сформированность "критического" мышления, умение предвидеть последствия своего поведения, "экологическая" рефлексия.

Даже элементарная экологическая культура предполагает определенную степень осмысления мира, которое начинается с этапа фиксации в сознании основного факта его бытия. На этом этапе, который приходится на старший дошкольный и младший школьный возраст, начинает происходить отмежевание человека от мифологической картины мира и осознание различных качественных его состояний: рождение, изменение, живое и неживое, условия существования живых организмов, их взаимосвязь и др. Дети дошкольного и младшего школьного возраста усваивают лишь первые элементы такого знания, но потеря времени на этом возрастном этапе развития грозит тем, что восполнить образовавшиеся проблемы в понимании диалектики взаимоотношений общества и конкретного его индивида с природой будет весьма сложно или почти невозможно.

На какой результат экологического воспитания детей 5-9 лет можно рассчитывать? К концу начального обучения может быть сформирована готовность ребенка к правильному взаимодействию с окружающей природой. Эта готовность включает:

эмоциональную готовность - восприимчивость к миру природы, чувство удивления, восторженности, эмоционально-положительное отношение к ее объектам;

деловую готовность - возможность реализовать свои знания в разнообразных нестандартных учебных и внеучебных ситуациях, желание участвовать в альтруистической деятельности, зачатки "внутренних" мотивов поведения как предпосылки бескорыстия и эмпатии;

интеллектуальную готовность - определенный уровень информированности детей о природе, возрастной уровень эрудиции и познавательных интересов, осознание себя как носителя экологической культуры.

Здесь мы невольно сталкиваемся с одной из самых "болевых" точек обсуждаемой проблемы: если принять за аксиому наличие в педагогическом процессе 3-х главных компонентов "знания - отношение - поведение", то каковы приоритеты их формирования на этом этапе возрастного развития? Отвечая на этот вопрос, нужно обратить внимание на два принципиальных положения.

Во-первых, уровень экологической воспитанности человека определяется не тем, что он говорит о правилах поведения в природной среде, а тем, как он выполняет эти правила. Во-вторых, с учетом психологических особенностей дошкольника и младшего школьника более актуальными для них являются эмоциональные переживания, связанные с процессом общения с объектом природы, а не сведения о нем, полученные от взрослого или из книг. Исходя из этого можно подчеркнуть особую важность организации условий для установления эмоциональных связей ребенка с природой и его разнообразной деятельности в ней.

Ни один исследователь проблемы экологического воспитания не отрицает важности формирования эмоционального отношения к окружающему как основы развития нравственно ценной деятельности в природе и мотива получения знаний. Вместе с тем эмоциональные связи остаются как бы побочным результатом педагогического процесса и возникают скорее вопреки, а не благодаря обучению. У детей формируется сначала представление о неправильном поведении в природе, в сознании фиксируется отрицательное отношение к флоре и фауне. Это ни в какой мере не учитывает особенности детей дошкольного и младшего школьного возраста: эмоциональной восприимчивости, подражательности, непосредственности поведения.

Многие выпускники начальной школы были беспомощны, когда требовалось оказание помощи, проявление заботы, внимания к объекту. Даже если дети не совершают негативных поступков по отношению к природе, они не видят необходимости помочь ей и не знают, как это делать. Таким образом, в системе экологического образования должны быть расставлены акценты. Первичной должна быть задача формирования норм нравственного поведения в природе, умение заметить неблагополучие ее объекта и найти способ его устранения. И только на этой основе можно формировать умение анализировать примеры отрицательного взаимодействия с природой.

Особое значение приобретает пересмотр взгляда на детский труд в природе. Этот труд обладает рядом особенностей, которые ставят его в особое положение как средство экологического воспитания. Этот труд несет в себе элементы объективной полезности, общественной значимости, в процессе его раскрывается бескорыстная сторона деятельности, в которой важнейшим результатом является ее значение для блага природы, природоохранная направленность.

При всей очевидности поставленных проблем их реализация вызывает большие трудности. Они связаны, на мой взгляд, с тенденцией заключить экологическое воспитание в рамки какого-то предмета, тогда как экологические знания и отношения являются "нервами" всей системы дошкольного и начального образования. Такая позиция не допускает сепаратного исследования или разработок, а требует объединения исследовательских усилий педагогов, методистов, социальных психологов - всех, кто претендует на построение системы экологического воспитания детей дошкольного и младшего школьного возраста.

Глава 2. Экология и учебно-воспитательный процесс

2.1 Основные эколого-химические понятия (в школьных курсах)

Большое влияние на учебно-воспитательный процесс оказывает связь обучения природоведению, биологии, географии и химии с охраной природы. На школы возлагается особая ответственность за воспитание у подрастающего поколения бережного отношения к природным богатствам Родины. Поэтому теоретическое изучение окружающего мира и основ рационального природопользования целесообразно осуществлять через практическую деятельность.

Детское экологическое движение объединяет тех, кто в нем участвует, общей идеей защиты природы от варварского и потребительского к ней отношения. Его задача - воспитывать любовь к природе, умение грамотно вести себя, не нанося ей вреда. Пусть часы, проведенные в лесу, на берегу пруда, у родника, на вершине кургана или возле старинного храма, пробудят в душе детей не только гордость за красоту родной земли, но и высокое чувство ответственности за сохранение природных и культурных богатств. То, что это действительно возможно, подтверждают экологические экспедиции

Необходимость экологизации школьного химического образования в настоящий момент ни у кого не вызывает сомнения - ведь и возникновение, и решение экологических проблем тесно связаны с химией, ее прикладными и теоретическими аспектами. Однако возникает закономерный вопрос: каким же образом должна быть решена поставленная задача? Какие понятия химической экологии следует ввести в курс химии для формирования полноценных экологических знаний наряду с химическими?

Очевидно, чтобы ответить на данные вопросы, необходимо, прежде всего, определиться, каков предмет собственно химической экологии.

Сразу отметим, что еще не сложилось окончательного мнения о том, какие проблемы находятся в сфере внимания области знаний, связанной с химическими аспектами экологии.? Дискуссионным остается вопрос, как следует называть эту область знаний.

Так, некоторые ученые различают две отдельные отрасли науки - химическую экологию и экологическую химию - и, соответственно, для каждой из этих отраслей выделяют ее предмет. Обычно имеется в виду биохимический аспект взаимодействия между отдельными организмами, а также экологическими системами и химический аспект качественного и количественного состава химических загрязнений и их превращений в окружающей среде. Другие ученые не видят разницы между химической экологией и экологической химией, однако, существенно расходятся в оценке предмета этой науки.

Что же такое химическая экология? При ответе на этот вопрос наиболее близки нашему пониманию идеи академика Ю.А. Овчинникова. Он считал, что круг вопросов, относящихся к химической экологии, включает в себя не только химические основы тех межвидовых и внутривидовых взаимоотношений, которые сложились в природе без участия человека, но и очень важный вопрос о влиянии человеческой деятельности на биосферу и об ответном давлении биосферы на человека; прямое отношение к химической экологии имеет проблема энергетических, минеральных и пищевых ресурсов при существующих высоких темпах индустриализации и роста народонаселения.

Придерживаясь этих идей, мы предлагаем следующее определение: химическая экология - наука о химическом взаимодействии организмов с окружающей средой и между собой. При этом имеются в виду как естественные (без вмешательства человека), так и обусловленные человеческой деятельностью взаимодействия.

Термин "химическая экология" (а не "экологическая химия") выбран нами по двум причинам. Во-первых, термин "экологическая химия", на наш взгляд, отражает то, что эта область знаний является новым разделом химии (по аналогии с такими разделами, как неорганическая, физическая, органическая химия). Однако, с учетом того, что экология, как наука развилась из биологии и затем привлекла для решения своих проблем знания из других наук (в том числе и из химии), термин "химическая экология" нам представляется более адекватным. Во-вторых, этот термин уже достаточно часто встречается в современной литературе, в отличие от термина "экологическая химия".

2.1.1 Краткий словарь основных экологических и химико-экологических понятий

Аддитивное действие факторов - действие факторов, при котором их общий эффект равен сумме эффектов всех факторов в отдельности.

Алломоны - вещества, вырабатываемые организмами и участвующие в межвидовых взаимодействиях, приносящие пользу организму, который их вырабатывает. Сюда относятся различные отпугивающие вещества, антибиотики, яды, противоядия, вещества, прикрывающие бегство, привлекающие добычу, и т.п.

Альтернативные источники энергии - источники энергии, которые в отличие от традиционных, например нефти, газа, угля, атомной энергии, являются возобновляемыми и экологически чистыми.

Антагонистическое действие факторов - явление, при котором суммарное влияние двух факторов оказывается меньше суммы их независимых эффектов.

Аутоингибиторы адаптации - вещества, вырабатываемые организмами и сдерживающие численность популяции в пределах ее равновесия с окружающей средой.

Аутотоксины - вещества, участвующие во внутривидовых взаимодействиях, токсичные для вырабатывающего их организма и не приносящие пользы другим видам. К этой группе веществ могут быть отнесены и некоторые загрязнители окружающей среды.

Аэрозоль - взвешенные в газообразной среде частицы твердых или жидких веществ. Аэрозоль с жидкими частицами - туман, с твердыми - дым. Радиус твердых частиц - 10^-8 - 10^-2см, капель - 10 - ⁵ - 10 - ¹ см.

Аэрозольный эффект - снижение прозрачности атмосферы за счет присутствия в ней пыли (аэрозолей). частях, которые входят в биосферу планеты. Препятствует достижению солнечным излучением поверхности Земли; так как земное ИК-излучение существенно не изменится при этом, то результатом явится понижение температуры поверхности Земли

Биоаккумуляция - постепенное накопление в организмах веществ-загрязнителей в ходе их обитания в загрязненной среде за счет неполного выведения из организма. Происходит в течение жизни индивидуального организма; на каждом следующем трофическом уровне концентрация стойких загрязнителей возрастает во много раз.

Биогеохимические круговороты веществ - закономерный процесс многократного перемещения и превращения химических элементов в живой и неживой природе, протекающий в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех их частях, которые входят в биосферу планеты.

Биодеградация - процесс естественной нейтрализации загрязнителей окружающей среды под воздействием живых организмов (в первую очередь организмов-редуцентов), в результате чего происходит самоочищение экосистем. Вещества и материалы, не поддающиеся биодеградации, например пестициды, детергенты, пластмассы, полимеры, постепенно накапливаются в почве и (или) в воде.

Биоконцентрирование - см. Биоаккумуляция.

Биологическая взаимозаменяемость элементов - способность живых организмов в отсутствие необходимых им элементов усваивать близкие по свойствам элементы и использовать их для построения своих тканей. Например, накопление стронция в костях животных обусловлено взаимозаменяемостью его и кальция.

Биологическое земледелие - один из способов защиты окружающей среды, основанный на предупреждении попадания в окружающую среду нехарактерных для нее веществ; использование приемов сокращения численности нежелательных организмов с помощью других живых организмов или биопродуктов, приемов повышения урожайности сельскохозяйственных культур путем создания агроэкосистем и т.п.

Биотрансформация - преобразование загрязнителей в процессе их продвижения по трофическим цепям. Результатами этого процесса могут быть биоаккумуляция, биодеградация или биоусиление исходного загрязнителя.

Биоусиление - превращение исходного загрязнителя в более токсичное вещество в процессе его биотрансформации.

БПК - биологическое потребление кислорода. Показатель качества воды; количество растворенного кислорода, которое потребят живые организмы в процессе разложения присутствующего в воде органического вещества. Чем выше БПК, тем ниже качество воды.

Буферность (почвы, природных вод) - способность почвы, природных вод сохранять реакцию среды (рН) при попадании в них химических загрязнителей.

БЭР - биологический эквивалент рада. Единица, производная от рада с учетом поправки на относительную биологическую эффективность (зависимость поглощения ионизирующей радиации от ее физической природы).

Воздействие на окружающую среду опосредованное - изменение окружающей среды, спровоцированное хозяйственной деятельностью человека, но не вызванное ею непосредственно. Может быть результатом трансформации в окружающей среде исходных загрязнителей или ряда последовательных процессов, произошедших в окружающей среде, толчком для которых послужила деятельность человека.

Воздействие на окружающую среду прямое - непосредственное изменение окружающей среды в ходе хозяйственной деятельности человека.

Выброс - кратковременное или за определенное время (час, сутки) поступление загрязнителей в окружающую среду.

Вымывание постепенное растворение вещества, находящегося на поверхности или в толще почвы, и удаление его просачивающейся сквозь почву водой. Может привести к удалению из почвы питательных веществ, к загрязнению грунтовых вод компонентами захороненных в ней отходов.

Выщелачивание см. Вымывание.

Газы выхлопные газы, выбрасываемые из двигателя внутреннего сгорания; содержат NO_X CO, СО₂, свинец, углеводороды и др.

Газы дымовые - газы, образующиеся при сжигании топлива; содержат СО₂, СО, NO_X, SO₂ и др.

Давление отбора воздействие факторов среды, приводящее к преимущественному выживанию и размножению особей, отличающихся от большинства членов популяции определенными признаками. Генофонд популяции при этом изменяется. Например, применение пестицидов создает давление отбора, повышающее устойчивость популяции к данным пестицидам.

ДДТ - "дуст", 2,2,2-трихлор-1, 1-бис-п-хлорфенилэтан

Один из наиболее известных пестицидов, инсектицид. В 70-е гг. был запрещен из-за высокой устойчивости в окружающей среде, вредного воздействия на людей и животных, снижения влияния на насекомых (см. Давление отбора). Позже было обнаружено, что дуст состоял из ДДТ на 70%, остальное-ПХБ - совершенно безвредные для насекомых, но опасные для человека вещества. Именно из-за ПХБ на разложение дуста на 90% уйдет не менее 180 лет. ДТ же разлагается за месяц. ДДТ и ПХБ неразличимы при тех методах анализа, которые обычно применялись для определения ДДТ в окружающей среде.

Депрессоры - вещества, угнетающие или отравляющие и тот организм, который их вырабатывает, и тот, который их потребляет.д.ействие таких веществ имеет межвидовой характер. Многие загрязнители окружающей среды также могут быть охарактеризованы как депрессоры.

Диоксины - общее название двух групп веществ - полихлордибензол-п-диоксинов (а) и полихлордибинзофуранон (б)

а) б)

Самые токсичные вещества из созданных человеком. Образуются при высокой температуре в щелочной среде при взаимодействии практически любых соединений, содержащих хлор и бензольное кольцо. Побочный продукт многих производств. Устойчивы. Период полураспада в почве - 10 - 12 лет, в организме человека - 6 - 7 лет.

Доза летальная - доза токсичного вещества, вызывающая гибель соответственно 50 (ЛД₅₀) или 100% (ЛД₁₀₀) подопытных животных. Показатель токсичности вещ ества.

Доза индивидуальная - произведение концентрации (интенсивности) на длительность воздействия (время экспозиции) физического фактора (например, радиации) или вещества. Одна и та же индивидуальная доза может оказывать различное действие на аналогичные организмы.

Загрязнение - процесс привнесения в окружающую среду или непосредственного возникновения в ней загрязнителей. Различают химическое, физическое и биологическое загрязнения.

Загрязнение антропогенное - загрязнение, возникающее в результате деятельности людей, в том числе их прямого или косвенного влияния на интенсивность естественного загрязнения.

Загрязнение биологическое - случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в экосистемы или технологические устройства чуждых им животных и растений; оказывает угнетающее или деструктивное действие, особенно заметное при массовом размножении пришлых видов.

Загрязнение естественное - загрязнение окружающей среды в результате мощных, превышающих обычные параметры природных процессов без какого-либо влияния человека (например, извержение вулканов, самопроизвольный выход токсичных веществ, образовавшихся в результате гниения и т.д.).

Загрязнение физическое - превышение естественных норм различных физических факторов, характеризующих данную среду: тепловых, шумовых, электромагнитных, радиационных и др.

Загрязнение химическое - проникновение в окружающую среду или образование в ней веществ, не свойственных ей, или в концентрациях, превышающих норму.

Загрязнитель - любое вещество, физический фактор или биологический вид, поступающие в окружающую среду или образующиеся в ней в количестве, выходящем за рамки обычно наблюдаемой нормы и (или) нежелательном для человека.

Засоление почв - увеличение обычного содержания легкорастворимых солей в почве (0,25%), приводящее к образованию солонцеватых и солончаковых почв. Может быть обусловлено засоленностью почвообразующих пород (остаточное засоление), неправильным орошением (одна из главных причин), привнесением солей грунтовыми и поверхностными водами и др.

Захоронение отходов - помещение отходов под землю, в геологические выработки (отработанные угольные шахты, соляные копи, иногда специально созданные полости) или на дно морей и океанов без возможности обратного извлечения.

Защита окружающей среды - совокупность научных, технических и правовых мер, направленных на рациональное использование, воспроизводство и сохранение природных ресурсов и космического пространства в интересах людей, на обеспечение биологического равновесия в природе. Включает рациональное использование и охрану атмосферы, недр, гидросферы; использование или уничтожение отходов, защиту от шума, ионизирующего излучения, электромагнитных полей и т.д.

Излучение ионизирующее - радиация электромагнитная (рентгеновские лучи, г-лучи) и корпускулярная (а,в - частицы, поток протонов и нейтронов), в той или иной степени проникающая в живые ткани и вызывающая в них изменения (мутации, разрушения на клеточном уровне), связанные с выбиванием электронов из атомов и молекул или с прямым либо опосредованным возникновением ионов.

Источник загрязнения - 1) точка выброса вещества;

2) хозяйственный или природный объект, выбрасывающий загрязняющее вещество.

Кайромоны - вещества, вырабатываемые организмами и участвующие в межвидовых взаимодействиях, приносящие пользу воспринимающим их организмам (привлекающие к пище; предупреждающие об опасности; стимуляторы роста и адаптации).

Канцероген - вещество или физический агент, способные вызвать возникновение и развитие злокачественных новообразований.

Кислотные осадки - осадки, рН которых < 5,6 из-за растворения в атмосферной влаге промышленных выбросов (SO₂, NO_X, HCl, СО₂ и др.).

Клеточное дыхание - процесс, обратный фотосинтезу - в присутствии кислорода происходит разрушение глюкозы и образуются вода и углекислый газ.

Консументы - организмы, получающие питательные вещества и энергию при поедании других организмов или продуктов их жизнедеятельности.

Коррозия - процесс разрушения металлов под действием химических агентов или физико-химических факторов.

Кумуляция загрязнителей - сложение вредных эффектов от воздействия загрязнителей. Суммарное воздействие загрязнителей может быть аддитивным, антагонистическим, синергическим.

Мониторинг окружающей среды - комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенных воздействий. Мониторинг не включает управление качеством среды.

Мутагены - физические и химические факторы, воздействие которых на живые организмы вызывает появление мутаций.

Мутация - нарушение наследственного аппарата клетки за счет изменений в ядре или цитоплазме.

Обезвреживание отходов - преобразование отходов химическими, физико-химическими, физическими, биологическими методами в вещества, безвредные для людей, животных, растений, окружающей среды; герметичное захоронение отходов, не поддающихся подобной обработке.

Оборотное водоснабжение - система повторяющейся подачи отработанной воды на производственные нужды после ее периодической очистки, охлаждения или другой обработки. Таким образом существенно сокращается расход чистой свежей природной воды, уменьшается загрязнение среды.

Окружающая среда - комплекс всех объектов и факторов, внешних по отношению к данной особи или популяции. Как правило, имеется в виду окружающая человека среда. Более общее определение: часть Вселенной, остающаяся после выделения из нее системы, в наблюдении за которой заинтересован человек.

Очистка - устранение посторонних и нежелательных веществ с поверхности или из объема какого-либо объекта.

Озоновые дыры - существенное (около 50%) сезонное снижение плотности озонового экрана атмосферы. Впервые отмечено над Антарктидой.

Озоновый экран - слой озона в верхних слоях атмосферы (на высоте 25 - 30 км), защищающий Землю от губительного для живых организмов УФ-излучения Солнца.

Оподзоливанние почв - разрушение и удаление глинистых частиц, известняка и соединений железа из кислых почв в областях с холодным и влажным климатом. Ведет к уменьшению плодородия почв.

Отходы - непригодные для производства данного вида продукции виды сырья, его неупотребимые остатки или возникающие в ходе технологических процессов вещества, не подвергающиеся утилизации в рассматриваемом производстве. Отходы одного производства могут быть сырьем для другого.

ПАН - пероксиацилнитрат. Один из компонентов фотохимического смога. Образуется в результате фотохимических и радикальных реакций из альдегидов - продуктов неполного сгорания бензина. Оказывает раздражающее действие на глаза, затрудняет дыхание.

Парниковый эффект - повышение температуры атмосферы из-за увеличения содержания в ней углекислого и некоторых других газов, препятствующих излучению тепла с поверхности Земли за пределы приземной атмосферы.

Период полураспада - время, необходимое для разложения исходного количества вещества на 50%. Одна из основных характеристик радионуклидов. Применяется также для характеристики устойчивости сложных веществ.

Пестициды - химические препараты для защиты сельскохозяйственных растений от вредителей, болезней и сорняков, а также для уничтожения паразитов сельскохозяйственных животных, вредных грызунов и др. (инсектициды, фунгициды, гербициды, акарициды, зооциды и др.). К пестицидам относятся также средства, привлекающие или отпугивающие насекомых, регулирующие рост и развитие растений, применяемые для удаления листьев, цветов, завязей и др. (дефлоранты, дефолианты и др.). См. также ДДТ.

ПДД - предельно допустимая доза токсичного вещества. Максимальное количество загрязнителя, проникновение которого в организмы или их сообщества (в процессе дыхания, питания и т.д.) еще не оказывает на них пагубного влияния.

ПДК - предельно допустимая концентрация токсичного вещества. Максимальная концентрация загрязнителя, считающаяся (с определенным запасом) безопасной для здоровья человека. ПДК_мр - максимально разовая ПДК - не должна вызывать в организме человека рефлекторных реакций при вдыхании в течение 30 мин. ПДК_СС - среднесуточная ПДК - не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного эффекта при неопределенно долгом воздействии.

ПДВ - предельно допустимый выброс. Научно-технический норматив, устанавливаемый с условием, чтобы содержание загрязняющих веществ в приземном слое воздуха не превышало ПДК. Для водоемов устанавливается предельно допустимый сброс (ПДС).

Персистентность загрязнителей - см. Устойчивость загрязнителей.

Персистентность экосистемы - см. Устойчивость экосистемы.

Популяция - группа особей одного вида, взаимодействующих между собойсокружающей средой, ограниченная от других *. групп того же вида в пространстве и (или) во времени.

Продуценты - организмы (в основном растения), использующие световую энергию для фотосинтеза.

Проникающая способность - характеристика радиоактивного излучения, показывающая, на какую глубину проникает в среднем то или иное излучение в определенной среде.

ПХБ - полихлорбифенилы. Группа широко используемых синтетических соединений из класса хлоруглеводородов. Чрезвычайно устойчивы к биодеградации и способны к биоаккумуляции. Канцерогенны.

Рад - основная единица радиоактивности. Поглощенная доза излучения, при которой 1 г живого вещества поглощает энергию, равную 10~⁵ Дж.

Радиация - см. Излучение ионизирующее.

Редуценты - организмы, главным образом бактерии и грибы, в ходе своей жизнедеятельности превращающие органические Остатки в неорганические вещества. - Рекуперация - возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе.

Реутилизация - вторичное использование предметов вместо замены их новыми. Например, стеклянные бутылки могут быть заполнены заново.

Рециклизация - включение в круговорот, например использование отходов в качестве сырья для производства новых продуктов (металла из металлолома, бумаги из макулатуры и т.д.).

Синергическое действие факторов - явление, при котором два фактора вместе оказывают влияние, значительно превышающее сумму их независимых эффектов.

Смог - токсичный туман, опасное загрязнение атмосферного воздуха, характеризующееся сочетанием пылевых частиц и капель тумана. Образуется главным образом при инверсиях температуры.

Смог лондонского типа - сочетание газообразных загрязнителей (в основном диоксида серы), пылевых частиц и тумана. Это загрязнение достигло особенно опасных масштабов в 50-е гг. в Лондоне. Главный источник - продукты сжигания угля и мазута.

Смог лос-анджелесского типа - смог, из компонентов которого под действием УФ-излучения образуются новые, иногда более опасные загрязнители. Впервые был обнаружен в 30-е гг. в Лос-Анджелесе. Основной источник - автотранспорт.

Смог химический - см. Смог лондонского типа.

Смог фотохимический - см. Смог лос-анджелесского типа.

Сточные воды - воды, бывшие в производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшие через какую-либо загрязненную территорию (промышленные, сельскохозяйственные, коммунально-бытовые, ливневые и т.д. стоки).

Технология безотходная - цепь технологических процессов, в которых отходы одного производства становятся сырьем для другого (предполагается использование сырья без остатка). Термин условный.

Технология малоотходная - технология, позволяющая получать технически достигнутый минимум твердых, жидких, газообразных и тепловых отходов и выбросов.

Токсичность - ядовитость; способность некоторых химических элементов, соединений и биогенных веществ оказывать вредное

действие на организмы.

Трансформация загрязнителей в окружающей среде - превращение химических соединений в окружающей среде под влиянием химических, физических и биологических факторов.

Трофическая цепь - цепь питания; взаимоотношения между организмами при переносе энергии пищи от ее источника - растения - через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими (относящимися к более высоким трофическим уровням).

Трофический уровень - этап движения солнечной энергии в составе пищи через экосистему. Растения находятся на первом трофическом уровне, первичные консументы - на втором, вторичные - на третьем и т.д. При переносе энергии от уровня к уровню большая ее часть (до 80 - 90%) теряется в виде теплоты, поэтому число уровней в трофической цепи обычно не превышает четырех-пяти.

Устойчивость загрязнителей - способность веществ длительно сохранять свои свойства в окружающей среде; одна из важнейших обобщающих характеристик загрязнителей, показывающих их способность не только длительно находиться в окружающей среде, но и распространяться на большие расстояния. См. также Период полураспада.

Устойчивость экосистемы - способность экосистемы противостоять действию загрязнителей. Различают резистентную и упругую устойчивость экосистем.

Устойчивость резистентная - способность экосистемы сопротивляться внешним воздействиям (нагрузкам).

Устойчивость упругая - способность экосистемы возвращаться после снятия нагрузки в исходное состояние.

Феромоны - вещества, вырабатываемые и выделяемые в окружающую среду живыми организмами и вызывающие специфическую ответную реакцию (характерное поведение или характерный процесс развития) у воспринимающих их особей того же биологического вида. Различают половые феромоны, общественные феромоны, феромоны тревоги и обороны, феромоны-метчики.

Фотосинтез - химический процесс, идущий в растениях под действием световой энергии с образованием из углекислого газа и воды глюкозы и выделением кислорода в качестве побочного продукта.

ХПК - химическое потребление кислорода. Показатель качества воды; количество кислорода, идущее на окисление органических и неорганических веществ, содержащихся в 1 л воды, при взаимодействии: сильными окислителями, например перманганатом калия (перманганатная окисляемость) или бихроматом калия (бихроматная окисляемость). Чем выше ХПК, тем ниже качество воды.

Эвтрофикация водоема - обогащение водоема питательными веществами, приводящее к чрезмерному развитию планктонных водорослей, а затем к исчерпанию запасов растворенного кислорода при разложении возросших количеств мертвых водорослей редуцентами.

Экологически чистые источники энергии - источники энергии, использование которых не ведет к загрязнению окружающей среды. См. также Альтернативные источники энергии.

Экология - наука о взаимодействии организмов между собой и с окружающей средой

Экология химическая - наука о химическом взаимодействии организмов между собой и с окружающей средой.

Экосистема - совокупность популяций, связанных между собой и с окружающей их средой таким образом, что такая система сохраняет свою устойчивость неограниченно долго.

Эрозия - разрушение минеральных пород, а также конструкций из них под действием различных факторов окружающей среды.

2.1.2 Сфера разума

Академик В.И. Вернадский (1863 - 1945) наиболее полно, всеобъемлюще разработал теорию ноосферы. В его понимании ноосфера-это такое состояние биосферы, которое контролируется и управляется человеческим разумом. Переход биосферы в ноосферу означает не только качественно новый этап в развитии человеческой цивилизации, но и новый период в развитии космического дома человечества в целом. Ранее этот космический дом охватывал биосферу Земли, которая формировалась в условиях воздействия на Землю, на ее гидросферу, атмосферу, верхнюю часть литосферы со стороны как космического пространства (электромагнитное излучение, солнечный и звездный ветер, гравитационное воздействие Солнца, Луны и планет Солнечной системы, столкновение с макрокосмическими объектами-астероидами, кометами), так и внутренних сфер Земли (земной магнетизм, перемещение литосферных плит, выбросы при извержении вулканов). Возникающее в этих условиях единство нашего космического дома обусловливало эволюцию и изменчивость организмов.

Ныне условия жизни на планете Земля существенно изменились. Человечество вступило в новую эру своего существования, когда потенциальная мощь создаваемых человеком средств воздействия на среду его обитания, на биосферу в целом становится сопоставимой, соизмеримой, а иногда и превосходит могучие силы природы нашей планеты (извержение вулканов, тайфуны, землетрясения). Это вызывает весьма противоречивые чувства. С одной стороны, гордость за человека, покоряющего космос, овладевшего атомной энергией, с другой - опасения, тревогу за судьбу человеческой цивилизации и жизнь на планете Земля, ибо мера использования этих средств может привести к ее уничтожению.

Переход биосферы в ноосферу требует от человечества не только новых научных знаний, прогрессивных технологий, но и новых норм поведения людей, новых норм использования информации.

Новая экологически приемлемая технология должна минимизировать затраты природных ресурсов, изменение равновесия, сложившегося в природе, отходы и отбросы производства. Это требует нового технологического мышления, иного распределения капиталовложений на получение целевого продукта и на переработку и очистку отходов и выбросов производства, утилизацию тепловыделений. Наряду с этим важно резко повысить требования к обслуживающему персоналу, уровню его подготовки, ответственности, чтобы иметь такую систему контроля за технологическими процессами, которая полностью исключала бы сбои в технологии и тем более аварийные выбросы или аварийные ситуации.

Человек должен создавать условия гармонии в ноосфере, а не бороться с природой. В этой связи важна и разработка нового раздела науки, связанного с исследованием и трансформацией продуктов химической и биохимической технологии в биосфере, и методов контроля за этими трансформациями, так как они изменяют химию биосферы.

Одно из главных направлений борьбы за экологическое благополучие Земли - глобальный экологический мониторинг (ГЭМ) - мониторинг земной поверхности и биосферы, регистрация всех экологических отклонений на земной поверхности. Информация о состоянии биосферы, биоты, лесов, качестве воды, уровне радиационного фона важна для людей и имеет не только чисто экологическое, но и экономическое, социальное, психологическое значение

В.И. Вернадский доказывал, что человечеству рано или поздно, но придется сознательно принять на себя ответственность за дальнейшую судьбу биосферы. Это необходимое и обязательное условие дальнейшего развития цивилизации. И это обязывает человечество, все его институты принять экологический и нравственный императивы и выработать новые стандарты организации, технологии, образа жизни, управления, моральных и материальных принципов, законодательства и участия во всемирном сообществе.

2.2 Некоторые локальные и глобальные экологические проблемы

2.2.1 Влияние атмосферы на организм человека

Наша планета окружена воздушной оболочкой - атмосферой, которая распространяется над Землей на 1500-2000 км вверх, что составляет около 1/3 радиуса Земли. Однако эта граница условна, следы атмосферного воздуха обнаружены и на высоте 20000 км.

Наличие атмосферы является одним из необходимых условий существования жизни на Земле. Атмосфера регулирует климат Земли, суточные колебания температуры на планете (без нее они бы достигли 200°С). В настоящее время средняя температура поверхности Земли равна 14°С. Атмосфера пропускает тепловое излучение Солнца и сохраняет тепло, там образуются облака, дождь, снег, ветер. Она также играет роль переносчика влаги на Земле, является средой распространения звука (без воздуха на земле царила бы немая тишина). Атмосфера служит источником кислородного дыхания, воспринимает газообразные продукты обмена веществ, оказывает влияние на теплообмен и другие функции живых организмов. Основное значение для жизнедеятельности организма имеют кислород и азот, содержание которых в воздухе составляет соответственно 21% и 78%.

Кислород необходим для дыхания большинства живых существ (исключение составляет лишь небольшое количество анаэробных микроорганизмов). Азот входит а состав белков и азотистых соединений, с ним связано происхождение жизни на земле. Углекислый газ является источником углерода органических веществ - второго важнейшего компонента этих соединений.

За сутки человек вдыхает около 12-15 м кислорода, а выделяет приблизительно 580 л углекислого газа. Поэтому атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей нас среды.

Необходимо отметить, что в удалении от источников загрязнения его химический состав достаточно стабилен. Однако в результате хозяйственной деятельности человека появились очаги выраженного загрязнения воздушного бассейна в тех районах, где размещены крупные промышленные центры. Здесь в атмосфере отмечают наличие различных твердых и газообразных веществ, оказывающих неблагоприятное воздействие на условия жизни и здоровье населения.

К настоящему времени накопилось много научных данных о том, что загрязненность атмосферы, особенно в крупных городах, достигла опасных для здоровья людей размеров. Известно немало случаев заболеваний и даже смерти жителей городов индустриальных центров в результате выбросов токсичных веществ промышленными предприятиями и транспортом при определенных метеорологических условиях. В связи с этим в литературе часто упоминаются катастрофические случаи отравления людей в долине Маас (Бельгия), в городе Доноре (США), в Лондоне, Лос-Анджелесе, Питсбурге и ряде других крупных городах не только Западной Европы, но и в Японии, Китае, Канаде, России и др.

Двуокись кремния и свободный кремний, содержащиеся в летучей золе, являются причиной тяжелого заболевания легких, развивающегося у рабочих "пыльных" профессий, например, у горняков, работников коксохимических, угольных, цементных и ряда других предприятий. Ткань легких заменяется соединительной тканью, и эти участки перестают функционировать. У детей, проживающих вблизи мощных электростанций, не оборудованных пылеуловителями, обнаруживают изменения в легких, сходные с формами силикоза. Большая загрязненность воздуха дымом и копотью, продолжающаяся в течение нескольких дней, может вызвать отравление людей со смертельным исходом.

Особенно губительно действует на человека загрязнение атмосферы в тех случаях, когда метеорологические условия способствуют застою воздуха над городом.

Содержащиеся в атмосфере вредные вещества воздействуют на человеческий организм при контакте с поверхностью кожи или слизистой оболочкой. Наряду с органами дыхания загрязнители поражают органы зрения и обоняния, а воздействуя на слизистую оболочку гортани, могут вызвать спазмы голосовых связок. Вдыхаемые твердые и жидкие частицы размерами 0,6-1,0 мкм достигают альвеол и абсорбируются в крови, некоторые накапливаются в лимфатических узлах.

Загрязненный воздух раздражает большей частью дыхательные пути, вызывая бронхит, эмфизему, астму. К раздражителями, вызывающими эти болезни, относятся SO₂ и SO₃, азотистые пары, НС1, HNO₃, H₂SO₄, H₂S, фосфор и его соединения. Пыль, содержащая окислы кремния, вызывает тяжелое легочное заболевание - силикоз. Исследования, проведенные в Великобритании, показали очень тесную связь между атмосферным загрязнением и смертностью от бронхитов.

Уличные глазные травмы, вызываемые летучей золой и другими загрязнителями атмосферы, в промышленных центрах достигают 30-60% всех случаев глазных заболеваний, которые очень часто сопровождаются различными осложнениями, конъюнктивитами.

Признаки и последствия действий загрязнителей воздуха на организм человека проявляются большей частью в ухудшении общего состояния здоровья: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается или теряется трудоспособность. Отдельные загрязняющие вещества вызывают специфические симптомы отравления. Например, хроническое отравление фосфором первоначально проявляется болями в желудочно-кишечном тракте и пожелтением кожаного покрова. Эти симптомы сопровождаются потерей аппетита и замедлением обмена веществ. В дальнейшем отравление фосфором приводит к деформации костей, которые становятся все более хрупкими. Снижается сопротивляемость организма в целом.

СО. Бесцветный и не имеющий запаха газ. Воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывает удушье. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление головной боли) возникают у человека через 2-3 часа его пребывания в атмосфере содержащей 200-220 мг/м^З СО; при более высоких концентрациях СО появляется ощущение пульса в висках, головокружение. Токсичность СО возрастает при наличии в воздухе азота, в этом случае концентрацию СО в воздухе необходимо снижать в 1.5 раза.

Оксиды азота. NO N₂O₃ N₂O₅ N₂O₄. В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO₂ - бесцветный не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они взаимодействуют с углеродами выхлопных газов и образуют фотохимический туман - смог. Отравленный оксидами азота воздух начинает действовать с легкого кашля. При повышении концентрации NO, возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO₃ и HNO₂, которые приводят к отеку легких.

SO₂ - бесцветный газ с острым запахом, уже в малых концентрациях (20-30 мг/мЗ) создает неприятный вкус во рту, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Вдыхание SO₂ вызывает болезненные явления в легких и дыхательных путях, иногда возникают отек легких, глотки и паралич дыхания. Действие сероуглерода сопровождается тяжелыми нервными расстройствами, нарушением умственной деятельности.

Углеводороды (пары бензина, метана и т.д.) обладают наркотическим действием, в малых концентрациях вызывает головную боль, головокружение и т.п. Так при вдыхании в течение 8 часов паров бензина в концентрации 600 мг/м³ возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.

Альдегиды. При длительном воздействии на человека альдегиды вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, а при повышении концентрации отмечается головная боль, слабость, потеря аппетита, бессонница.

Соединения свинца. В организм через органы дыхания поступает примерно 50% соединений свинца. Под действием свинца нарушается синтез гемоглобина, возникает заболевание дыхательных путей, мочеполовых органов, нервной системы. Особенно опасны соединения свинца для детей дошкольного возраста. В крупных городах содержание свинца в атмосфере достигает 5-38 мг/м, что превышает естественный фон в 10 000 раз.

Признаки отравления сернистым ангидридом замечают по характерному привкусу и запаху. В концентрации 6-20 см³/м он вызывает раздражение слизистых оболочек носа, горла, глаз, раздражаются увлажненные участки кожи. Особенно опасны полициклические ароматические углеводороды типа 3,4-бензопирена (C₂₀H₁₂), образующиеся при неполном сгорании топлива. По данным ряда ученых, они обладают канцерогенными свойствами.

Дисперсный состав пыли и туманов определяет общую проникающую способность в организм человека вредных веществ. Особую опасность представляют токсичные тонко дисперсные пылинки с размером частиц 0,5-1,0 мкм, которые легко проникают в органы дыхания.

Наконец различные проявления дискомфорта в связи с загрязнением воздуха - неприятные запахи, снижение освещенности и другие психологически отрицательно действуют на людей.

Находящиеся в атмосфере и выпадающие вредные вещества поражают и животных. Например, в Австрии свинец накапливался в организме зайцев, которые питались травой вдоль автострад. Трех таких зайцев, съеденных за одну неделю, вполне достаточно, чтобы человек мог заболеть в результате свинцового отравления.

Кроме того, вместе с выбросами в атмосферный воздух, народное хозяйство теряет много ценных продуктов. Некоторые выбрасываемые вещества разрушают металлические конструкции, бетон, естественные строительные каменные материалы, и т.д., нанося тем самым вред промышленным объектам и архитектурным памятникам.

2.2.2 Экологические последствия загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабатывает.

Сначала рассмотрим, как влияет на окружающую природную среду локальное (местное) загрязнение атмосферы, а затем глобальное.

Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных.

Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO₂), вызывает тяжелое заболевание легких - силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например, глаз, легких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т.д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т.е. усиление токсичности всей газообразной смеси.

Широко известно действие па человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляется общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя три-семь дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени, связаны и с такими незначительными по объему выбросами, как свинец, бенз (а) пирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма летального исхода (табл.2.1).

Тяжелые последствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли - смог. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип).

Таблица 1. Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека (по X.Ф. Френчу, 1992)

Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных погодных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия). Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300 - 400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстройству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. В 1952 г, в Лондоне от смога с 3 по 9 декабря погибло более 4 тыс. человек, до 10 тыс. человек тяжело заболели. В конце 1962 г. в Руре (ФРГ) смог убил за три дня 156 человек. Рассеять смог может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию - сокращение выбросов загрязняющих веществ.

Лос-анджелесский тип смога, или фотохимический смог, не менее опасен, чем лондонский. Возникает он летом при интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насыщенный, а вернее перенасыщенный выхлопными газами автомобилей. В Лос-Анджелесе, выхлопные газы более четырех миллионов автомобилей выбрасывают только оксидов азота в количестве более чем тысяча тонн в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с образованием новых высокотоксичных загрязнителей - фотооксидантов (озон, органические перекиси, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. Только в одном городе (Токио) смог вызвал отравление 10 тыс. человек в 1970 г. и 28 тыс. в 1971 г. По официальным данным, в Афинах в дни смога смертность в шесть раз выше, чем в дни относительно чистой атмосферы. В некоторых наших городах (Кемерово, Ангарск, Новокузнецк, Медногорск и др.), особенно в тех, которые расположены в низинах, в связи с ростом числа автомобилей и увеличением выброса выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность образования фотохимического смога увеличивается.

Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но отрицательно влияют на животных, состояние растений и экосистем в целом

Таблица 2. Токсичность загрязнителей воздуха для растений (Бондаренко, 1985)

В результате воздействия высокотоксичных загрязнителей на растения отмечается замедление их роста, образование некроза на концах листьев и хвоинок, выход из строя органов ассимиляции и т.д. Увеличение поверхности поврежденных листьев может привести к снижению расхода влаги из почвы, общей ее переувлажненности, что неизбежно скажется на среде ее обитания

2.2.3 Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

1) возможное потепление климата ("парниковый эффект");

2) нарушение озонового слоя;

3) выпадение кислотных дождей.

Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности.

Возможное потепление климата ("парниковый эффект")

В настоящее время наблюдаемое изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры, начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых "парниковых газов" - диоксида углерода (СО₂), метана (СН,), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О₃), оксидов азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь СО,, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. По Г. Хефлингу (1990), атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой - почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

В связи с сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд т условного топлива) - концентрация СО₂ в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов (хлорфторуглеродов). На 1-1,5% в год увеличивается содержание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и оксида азота (на 0,3% ежегодно).

Важнейшим фактором антропогенного воздействия на глобальный климат является деградация биосферы, а следовательно, в первую очередь необходимо заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобальной экологической безопасности. Человек, используя мощность порядка 10 ТВт разрушил или сильно нарушил на 60% суши нормальное функционирование естественных сообществ организмов (Данилов-Данильян, Горшков и др., 1995). В результате из биогенного круговорота веществ изъята значительная их масса, которая ранее затрачивалась биотой на стабилизацию климатических условий. На фоне постоянного сокращения площадей с ненарушенными сообществами деградированная, резко снизившая свою ассимилирующую емкость, биосфера, становится важнейшим источником повышенного выброса в атмосферу диоксида углерода и других парниковых газов.

2.2.4 Нарушение озонового слоя

Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название "озоновой дыры.

В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем, и т.д.

Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение "озоновых дыр". Последнее, по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.

Ряд ученых продолжают настаивать на естественном происхождении "озоновой дыры". Причины ее возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли.

2.2.5 Кислотные дожди, их причина и вредное влияние

Одна из важнейших экологических проблем, с которой связывают окисление природной среды, - кислотные дожди. Образуются они при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6).

Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы - свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной их деградации как природных экосистем.

Закисление озер опасно не только для популяций различцых видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но часто влечет за собой постепенную гибель планктона, многочисленных видов водорослей и других его обитателей. Озера становятся практически безжизненными.

В нашей стране площадь значительного закисления от выпадения кислотных осадков достигает несколько десятков миллионов гектаров.

Закисление озер в мире (по данным "XXвек: последние 10 лет", 1992)

2.2.4 Основные понятия и законы экологии

К становлению основных понятий и принципов современной экологии вел долгий путь рассматриваемого его в виде календаря экологических событий

Календарь экологических событий (по Г.С. Розенбергу, с изменениями и дополнениями)