СОДЕРЖАНИЕ:
1. ВВЕДЕНИЕ. НАУКА ЭКОЛОГИЯ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ
2. СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ
3. ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
4. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ
5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПАСТБИЩ
6. ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
7. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
ЛИТЕРАТУРА:
Одной из наиболее острых проблем современности является сохранение среды обитания человечества. Любые успехи научно-технического прогресса будут обесценены, если они сопровождаются разрушением природы. Человек не сможет жить без чистого воздуха, свободных от вредных примесей воды и продуктов питания.
Тейяр де Шарден
1. ВВЕДЕНИЕ. НАУКА ЭКОЛОГИЯ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ
Понятие «экология» (от греч. oikos — дом, жилище) известно всякому образованному человеку, ибо о ней (экологии) сейчас говорят все: с экранов телевизоров, по радио, со страниц книг, газет и журналов. Слово «экология» на устах первых руководителей государств мира. Почему это произошло? Какова причина столь пристального внимания к данной проблеме? Ответы на поставленные вопросы вы найдете, изучив этот учебник.
Экология — наука, изучающая условия существования живых организмов во взаимосвязи с окружающей средой. Этот термин был предложен в 1866 году немецким зоологом Эрнестом Геккелем (1834-1919), считавшим, что под экологией мы должны понимать «сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт».
Экологическая проблема возникла с появлением человека на Земле. В естественный и сбалансированный круговорот вещества в биосфере вклинился фактор хозяйственной деятельности человека, который неуклонно вносил дисбаланс в окружающую среду по мере своего развития. Глубокие потрясения, связанные с геноцидом, вначале по отношению к животному, а затем и растительному миру, наконец, сокрушительное давление на земельные, водные ресурсы и атмосферу породили тот клубок противоречий, который называется проблемой выживания человечества.
Поэтому в настоящее время отмечаются разнообразные толкования содержания самого термина:
Экология — одна из биологических наук, изучающая живые системы в их взаимодействии со средой обитания.
Таким образом, современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность этой проблемы, вызванные обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привели к «экологизации» многих естественных, технических и гуманитарных наук.
По этому поводу можно привести слова писателя С. Залыгина: «Сегодня экология представляется мне как деятельность, направленная на преобразование всех остальных форм деятельности современного человека: управленческой, производственной, социальной, здравоохранительной — всех без исключения. Ибо человечество подошло к тому пределу, за которым, если не будет пересмотрена вся наша жизнь в пользу сохранения природы, мы неизбежно должны будем погибнуть. Критический момент наступил» (Новый мир, 1994, № 11).
С научной точки зрения вполне обоснованно деление экологии на теоретическую и прикладную:
теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни;
прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов.
Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.
Экологическая безопасность — состояние защищенности общества и государства, человека и биосферы от угроз, возникающих в результате антропогенных и природных (стихийных) воздействий на окружающую среду.
Охрана окружающей природной среды — система государственных и общественных мер воздействия, направленных на обеспечение гармоничного взаимодействия системы «общество — природа» на основе:
* сохранения и воспроизводства объектов природопользования;
* их рационального и сбалансированного использования;
* улучшения качества окружающей человека жизненнообходимой среды обитания путем восстановления функций самоорганизации природных систем, которые были утрачены под давлением хозяйственной деятельности человека.
Поэтому усилия, направленные на сбалансированное развитие человечества, должны быть подчинены трем основным целям:
1) распространение знаний о направленности в эволюции биосферы. Поиск путей, необходимых для сдерживания роста населения на планете;
2) создание условий для достаточно быстрого экономического роста и справедливого распределения доходов, чтобы удовлетворить основные потребности как нашего, так и последующих поколений в рамках сохранности биосферы;
3) разработка такой стратегии управления природопользованием и экологизации экономики, чтобы огромное потенциальное воздействие человека на окружающую среду оставалось в допустимых пределах.
Должно быть ясно, что если человеческая цивилизация, включая сельское хозяйство, промышленность и т. д., нуждается в устойчивости, она должна соответствовать этим целям и принципам. Однако до сих пор мы развивали ее, в основном руководствуясь представлениями и прихотями, которые слабо соотносятся с естественными экологическими законами. Этот процесс напоминает сооружение небоскреба без учета строительных принципов.
Действительно, нарастание числа проблем, связанных с состоянием окружающей среды, и истощением ресурсов, кризисы, с которыми мы столкнулись, — следствие и свидетельство неверного пути развития.
2. СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ
Структура современной экологии представлена на рис. 1. Выделяют крупные подразделения; общая экология (биоэкология), геоэкология, прикладная экология, экология человека и социальная. Классификацию биоэкологии по уровням биотических систем подразделяют на аутэкологию (особей и организмов), синэкологию (экология сообществ), популяционную экологию и др.
3. ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
Физическое загрязнение связано с изменением физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды.
Тепловое загрязнение определяется влиянием тепловых полей на воздушную и водную среду. Отрицательное воздействие тепла на воздушную среду обнаруживается путем повышения тепловых градиентов температуры над городскими, сельскими агломерациями по сравнению с естественными природными экосистемами, что влечет за собой изменение энергетических процессов в атмо- и гидросфере в сельской и особенно городской местности. Так, тепловое воздействие проявляется в ухудшении режима земной поверхности (термокарст, солифлюкция, наледи и др.) и условий жизни людей. Источниками теплового загрязнения в пределах городских территорий служат подземные газопроводы промышленных предприятий (140-160°С), теплотрассы (50-150°С), сборные коллекторы и коммуникации (35-45°С) и т. д.
Отрицательное воздействие на гидросферу обозначается ростом температуры воды, приводящим к уменьшению растворимости кислорода, что снижает активность всего биоценоза водных систем, к снижению процессов естественной минерализации органического вещества в водных системах, провоцирует рост активности синезеленых водорослей, еще более снижающих количество кислорода в водной среде. Некоторые живые организмы весьма чувствительны к колебаниям температуры.
Шумовое загрязнение. Шум воздействует на человека и на производстве, и дома. Уровни шума, точнее уровни звукового воздействия, измеряются в децибелах (дБ).
Воздействие шума не проходит для организма бесследно; подобно яду, оно «накапливается» в нем. Кажущееся привыкание к чрезмерно громким звукам вовсе не исключает их вреда. Для человека практически безвреден шум в 20-30 дБ, 80 дБ — допустимая граница, 130 дБ вызывают болевые ощущения, а 150 — уже непереносимы. В средние века даже существовала казнь «под колокол», звон которого убивал приговоренного.
Шум вредит не только слуху. Ряд исследователей доказывают, что шум способен повысить кровяное давление, причинить ущерб сердечно-сосудистой системе, вызвать образование язвы и даже, возможно, усилить предрасположенность к инфекционным заболеваниям. Излишний шум затрудняет усвоение материала учащимися, становится причиной раздражительности, утомления, снижения производительности труда, повышения числа несчастных случаев, ошибок и даже порой провоцирует антисоциальное поведение некоторых людей с повышенной возбудимостью.
Электромагнитное загрязнение. Источниками служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио- и телепередающих станций, а в последнее время также микроволновые печи, компьютеры и радиотелефоны.
Воздействие электромагнитных полей (ЭМП) на окружающую природную среду изучено еще недостаточно. Биосфера Земли находится всего столетие под влиянием мощнейших по напряженности электрических и магнитных полей источников искусственного электромагнитного излучения. Известно, например, отрицательное воздействие слабых по напряженности электромагнитных полей, формирующихся вокруг различных природных объектов (линз и жил воды, металлических полезных ископаемых, пустот, зон разломов в земной коре и т. д.). Так называемые геопатогенные (биопатогенные) зоны провоцируют серьезнейшие изменения в организме. Эти же аномальные явления используются человеком при поисках таких возмущающих объектов с помощью биофизических (биолокационных) методов (даузеры, лозоходцы).
Отрицательное воздействие электромагнитных излучений разной частоты и интенсивности на организм человека и все живое на Земле периодически провоцируется Солнцем во время так называемых вспышек или магнитных бурь. Естественно, наложение искусственных электромагнитных полей на жизнь человека не остается для него бесследным. Работами А.Л. Чижевского в России показана выдающаяся роль Солнца в биоритмах растительного и животного мира. Установлено, что при длительном воздействии электромагнитных полей даже у здоровых людей отмечаются повышенная утомляемость, головные боли, чувство апатии и др.
Радиоактивное загрязнение. Воздействие радиации сказывалось на всем протяжении длительной истории формирования жизни на Земле. Установлено, что радиоактивность любой интенсивности влияет на наследственность живых организмов. То есть нет нижнего безопасного предела радиации для живых систем.
Радиоактивное излучение проникает через живые ткани подобно крошечным пулям. Оно не оставляет внешних следов и само по себе не ощущается, но способно разрушать молекулы в составе клеток. В больших дозах радиация может нанести им такой вред, что они перестанут делиться. Поэтому ее используют в радиотерапии для разрушения раковых опухолей. Однако если сильно облучить все тело, клеточное деление нарушится практически во всех тканях, а значит, станет невозможным нормальное обновление крови, кожи и т. д. Возникнет так называемая лучевая болезнь, которая может привести к смерти уже через несколько дней или месяцев после облучения. А очень сильная радиация способна полностью разрушить клетки и вызвать мгновенную гибель.
Радиация опасна и в низких дозах, так как может повреждать молекулы ДНК, т. е. генетический материал организма. Деление клеток с такой измененной (му-тантной) ДНК иногда становится бесконтрольным и ведет к развитию злокачественных опухолей. Облучение яйцеклетки или сперматозоидов чревато врожденными дефектами у потомства. Все эти воздействия долгие годы могут никак не проявляться внешне. Основная опасность ядерных установок и заключается в том, что слабые дозы облучения, незаметно воздействуя на людей, повышают возможность возникновения у них раковых заболеваний и рождения неполноценного потомства.
Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году по своим глобальным последствиям является крупнейшей экологической катастрофой в истории человечества. Суммарный выброс радиоактивных продуктов в атмосферу оценивается в 77 кг (для сравнения — при взрыве атомной бомбы над Хиросимой было выброшено 740 г радионуклидов), причем большая часть их отмечалась в радиусе до 300-400 км от станции. Искусственными радионуклидами была загрязнена значительная часть европейской территории СНГ площадью более 100 тыс. км2. В состав радиоактивных осадков вошло около 30 радионуклидов с периодом полураспада от 11 ч (криптон-85) до 24 100 (плутоний-239).
Различают воздействие радиации соматическое и генетическое.
Соматическое — вызвано прямым воздействием радиации на живой организм, начиная от значительного снижения средней возможности выживания и кончая мгновенной гибелью.
Генетическое — последствия облучения влияют на развитие и формирование половых клеток. Это мутагенное влияние радиации. Возникновение мутации обусловлено изменением хромосом и химическим нарушением генетического кода за счет появления в ядре половой клетки свободных радикалов, которые, реагируя с азотистыми основаниями, изменяют структуру генетического кода. В этом заключается специфика действия радиации на биообъекты. Генетически опасна доза радиации любой интенсивности.
Примерная доза облучения от некоторых объектов
Источник облучения
Млрд/год
Космические лучи
25
Радиоактивность человеческого тела
25
Радиоактивность горных пород
50
Радиоактивность осадков
1-2
Радиоактивность отходов атомной промышленности
2-3
Рентгеноскопия
100
Радиация черно-белого телевизора (2 м от зрителя)
10
То же — цветного (2 м от зрителя)
25
Естественная доза облучения человека — 20-50 млрд/год (1 рентген = 1 рад). Предельно допустимая величина радиации для человека, по данным Международной комиссии по радиации, составляет 166 млрд/год. Смертельная доза одноразового облучения — 10 тыс. рад.
Важнейшие радиогенные изотопы в биосфере
Радио-изотопы
Период полураспада
Тип излучения
?.
?
?
14С
5568 лет
+
3H
12,4 года
+
32P
14,5 сут.
+++
35S
87,1 сут.
+
45Са
160 сут.
++
24Na
15ч
+++
+++
40К
1,3 млрд лет
++
++
59Fe
45 сут.
++
+++
54Мn
300 сут.
++
++
131J
8 сут.
++
++
90Sr
27,7 года
++
137Cs
32 года
++
+
144Се
285 сут.
++
+
239Pu
24 000 лет
+++
++
41Ar
2 час
++
55Кг
10 лет
+
Примечание: + — энергия, меньшая 0,2 Мэв, ++ — энергия в интервале
0,2-1 Мэв, +++ — энергия более 3 Мэв.
К радиоактивному загрязнению относятся корпускулярное и электромагнитное излучения.
4. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ
Среди ресурсов дикой природы, наиболее интенсивно эксплуатируемых человеком, надо выделить леса, пастбища, рекреационные и курортные зоны и ресурсы океана. Трудно сказать, сохранились ли где-нибудь, кроме Антарктиды и некоторых пустынь, территории, не эксплуатируемые человеком. Даже в Гималаях на высотах 6 км и более приходится убирать мусор, оставленный многочисленными экспедициями альпинистов. Деградация дикой природы неразрывно связана с исчезновением многих видов животных и растений, то есть с невозобновимыми потерями в генофонде биосферы — возможно, самом ценном ресурсе природы.
Первичные, или девственные, леса сохранились в основном в бассейне Амазонки, в Канаде, Юго-Восточной Азии и в Сибири и занимают около 25 % суши. Леса же в целом как потенциально возобновимый природный ресурс покрывают около 1/3 суши, но эта доля убывает с катастрофической скоростью из-за беспощадной рубки. Древесина является ценнейшим сырьём для целых отраслей промышленности и одновременно прекрасным и доступным топливом, а затраты на её заготовку оказываются ничтожными по сравнению с получаемой сиюминутной выгодой. Распределение полученной от рубки лесов древесины по отраслям показано на рисунке. В общей сложности в мире ежегодно производится пиломатериалов и бумаги примерно на 150 млрд долларов США. Массовое использование древесины в качестве топлива сохранилось в наименее развитых странах.
Сегодня ситуация такова, что наиболее беспощадной эксплуатации подвергаются наименее устойчивые к массовой рубке экосистемы тропических лесов. Происходит это под давлением ряда экономических причин.
Во-первых, растущее население тропических стран не имеет средств для интенсификации сельскохозяйственного производства, а потому традиционно пытается наращивать производство продуктов питания за счёт увеличения посевных площадей. Так как почвы тропических лесов бедны и при оголении быстро деградируют , то освоенные участки через несколько лет забрасываются и вырубаются новые. Сукцессия на этих разорённых и ставших каменистыми почвах протекает чрезвычайно медленно, ориентировочно — порядка сотен лет. Фактически на этих брошенных участках джунгли не восстанавливаются. Во-вторых, вырубленные тропические леса дают весьма ценную древесину. В сочетании с дешёвой рабочей силой массовая промышленная рубка приносит огромный доход. В-третьих, многократно выросшее за последние годы население тропических стран не имеет других видов топлива для бытовых нужд, кроме дров.
Всё это наносит непоправимый ущерб тропическим лесам, и к настоящему времени их площадь сократилась примерно до 40 % от своей первоначальной величины.
Леса выполняют в биосфере нашей планеты уникальные и жизненно необходимые функции, которые плохо осознаются большинством людей. Прежде всего леса — основные биопродуценты нашей планеты. Они защищают основные природные хранилища чистой пресной воды, предохраняют почвы от эрозии, регулируют горные водостоки, защищая долины от наводнений и селей. В процессе фотосинтеза они поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Вырубка лесов и особенно сжигание древесины приводит к некомпенсированному выделению в атмосферу СО2 образующегося за счёт окисления как углерода самой древесины, так и углерода, накопленного в лесной почве. Это способствует росту парникового эффекта. Леса служат домом для огромного числа видов растений и животных, а значит крупнейшим на планете хранилищем генетической информации. По существующим оценкам, половина всех живущих на земле видов обитает в тропических девственных лесах. Гибель джунглей может привести к исчезновению примерно миллиона видов, для которых они (джунгли) являются единственно возможным природным местообитанием. Вырубка тропических лесов наносит прямой непоправимый ущерб и генофонду умеренных широт, так как тропические леса служат местами зимовки огромного числа птиц, гнездящихся в средних и высоких широтах.
По одной из оценок, среднее дерево в тропическом лесу за счёт выделения кислорода, очистки воздуха, защиты почвы от эрозии, регулирования водостока, обеспечения условий для жизни диких животных и синтеза органического вещества создаёт за полвека «экологический доход» около 200 тысяч долларов США. В то же время стоимость его древесины не превышает 500 долларов.
Лесные экосистемы умеренного пояса и тайга гораздо более устойчивы к рубке, чем тропические леса. Это обусловлено наличием относительно мощного почвенного покрова. Среди лесов умеренного пояса наибольшая антропогенная нагрузка приходится на широколиственные леса и сосновые боры. Эта нагрузка обусловлена не столько лесозаготовками, сколько загрязнением воздуха, закислением осадков и изменениями уровня грунтовых вод, связанными с мелиоративными работами и строительством гидросооружений. Первоначально предполагалось, что леса особо чувствительны к первичному кислотному загрязнению, вызываемому окислами серы и азота. Однако в последнее время становится ясно, что гораздо большую роль могут играть повышенные концентрации озона.
Введенное в ряде развитых стран, в частности Канаде, скандинавских странах и большинстве стран Европейского Союза, правильное управление лесами позволяет сохранить леса, одновременно получая значительные устойчивые урожаи древесины. Для достижения спелости лесу требуется от 20 до 120 лет в зависимости от вида деревьев.
При равновозрастном лесопользовании на каждом участке растут деревья одинакового возраста. По достижении ими спелости участок — лесная плантация вырубается и, как правило, засаживается саженцами одного возраста. Период выращивания от рубки до рубки называется оборотом. Такой подход широко используется для получения древесины быстрорастущих хвойных пород — сосны и ели. По сути, этот подход ничем не отличается от обычного монокультурного земледелия со всеми проблемами неустойчивых антропогенных экосистем и соответственно с необходимостью значительных затрат на поддержание неустойчивого состояния экосистемы (удобрения, пестициды и т. д.). Если после тотальной вырубки лес восстанавливается естественным путём в результате сукцессии, то система будет устойчивой, но с технологической точки зрения этот подход неудобен из-за разброса размеров деревьев и их неодновременного созревания. Кроме того, при сплошной рубке оголённый участок может надолго, а то и навсегда зарасти «сорными» породами деревьев. Например, место, которое занимала вырубленная дубрава, может зарасти осиной и ольхой.
При разновозрастном лесопользовании на участке сохраняются деревья разного возраста. Выборочная рубка, конечно, менее удобна технологически, но оказывается полезна для леса в целом. Она защищает лесные почвы от истощения и эрозии, улучшает условия для роста молодых деревьев и позволяет полностью сохранить биологическое разнообразие, обеспечивающее устойчивость лесного биоценоза. Всё сказанное о выборочной рубке не относится, разумеется, к случаю, когда выбор имеет вид «снимания пенок» — вырубаются только наиболее хозяйственно ценные взрослые деревья. Такой хищнический подход ведёт к деградации леса. Наилучший вариант выборочных рубок — когда рубка хозяйственная совмещается с санитарной очисткой леса от сухих и больных деревьев.
Большое значение в сохранении лесных ресурсов имеет защита лесов от болезней, насекомых-вредителей и пожаров. В лесах с природной структурой биоценоза заболевания и насекомые-вредители редко получают серьёзное распространение. Но искусственные лесные плантации далеко не сразу становятся способны к самозащите и легко поражаются болезнями, среди которых особо опасными являются грибки-паразиты, непарный шелкопряд и короеды. Особую опасность представляют виды, заносимые с континента на континент: на новом месте они находят изобильную пищу при отсутствии естественных врагов.
Лесные пожары — достаточно сложное и неоднозначное явление. Низовые лесные пожары охватывают подлесок, но почти не затрагивают взрослые деревья. В природе они периодически возникают от молний. Огонь распространяется медленно, так как он сконцентрирован в безветренном ярусе леса, и животные успевают убежать. Низовые пожары уничтожают накопившиеся в подстилке сухие ветки, хвою и опавшие листья, что снижает опасность катастрофических верховых лесных пожаров. Низовой пожар ускоряет минерализацию мёртвого органического вещества, увеличивает активность азотфиксирующих почвенных бактерий, стимулирует прорастание семян некоторых видов и уничтожает множество опасных для деревьев паразитов. Для многих лесных обитателей (лоси, косули, вальдшнепы, куропатки, тетерева) низовые пожары — благо, так как они способствуют сохранению их местообитаний и кормовой базы. Низовой пожар обычно затухает сам или гасится без особых проблем.
Огромный ущерб лесам наносят верховые лесные пожары, способные охватывать площади в десятки и сотни тысяч гектаров. Абсолютное большинство этих пожаров вызывается неосторожным обращением с огнём и преднамеренными палами, а не грозами, так как последние обычно сопровождаются ливневыми осадками. Верховой пожар носит тотальный характер, охватывает все ярусы леса и быстро распространяется благодаря возникающей высокой температуре и особенно ветру. В отличие от низовых, верховые пожары способствуют эрозии почв и гибели обитателей леса.
Тушение верховых лесных пожаров — весьма сложная и дорогостоящая операция, требующая привлечения множества обученного и специально экипированного персонала, а также наземной техники и авиации.
Гораздо дешевле систематическое предупреждение пожаров. Предупреждение состоит в постоянной разъяснительной работе среди населения и введении запретов на посещения огнеопасных участков леса в сухую жаркую погоду, на разведение костров и курение. Регулярная санитарная чистка и рубка сухостоя вместе с контролируемыми низовыми палами также отличное средство предупреждения верховых пожаров.
Большую опасность представляют собой подземные пожары, возникающие в пересохших торфяниках в лесах умеренного климатического пояса. Огонь может тлеть в них в течение долгого времени и внезапно выйти на поверхность в неожиданном месте. Известны случаи, когда такие подземные очаги огня умудрялись пережить даже зиму.
5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПАСТБИЩ
Около половины поверхности материков (кроме Антарктиды) занимают пастбищные угодья, то есть безлесные земли, способные обеспечить кормом травоядных животных. Примерно 40 % от этих земель используется для выпаса скота. В мире насчитывается не менее 10 млрд голов скота, из которых 3 млрд составляет рогатый скот — овцы, коровы, козы, буйволы и другие жвачные животные. Три четверти из них кормится за счёт естественных пастбищ на так называемом беспривязном содержании, остальные откармливаются в специализированных хозяйствах. Между этими двумя способами содержания скота существует принципиальная разница. Скот на естественных пастбищах занимает определённую экологическую нишу в природном биогеоценозе, частично или полностью вытеснив из неё не без помощи человека диких животных. Если поголовье скота соответствует экологической ёмкости травоядных, то структура природной экосистемы при этом сохраняется, и поддержание её в равновесии не требует от человека особых затрат и усилий. Скот, содержащийся исключительно на засеиваемых выгонах или в стойлах, оказывается частью антропогенной системы, поддерживаемой искусственно. Многие современные хозяйства такого типа носят полностью индустриальный характер.
Устойчивость экосистемы пастбища зависит от типа растительности. Злаковые травы имеют густые корневые системы, не поддающиеся выкорчёвыванию и препятствующие эрозии. Большинство остальных трав и кустарников имеют один основной корневой стержень, который легко вырывается из почвы. При объедании только верхней части растения оно быстро восстанавливается, если сохранились нижняя его часть и корень, где сосредоточен метаболический запас растения.
Пастбище, как и всякая экосистема, имеет определённую экологическую ёмкость по отношению к каждому виду и поголовью травоядных в целом. В оптимальной ситуации ёмкость пастбища заполнена, но не переполнена. При переполнении, то есть при перевыпасе скота, начинается уничтожение метаболического запаса растений, и ёмкость пастбища падает. Если перевыпас продолжается, то резко возрастает эрозия и меняется видовой состав растений — кормовые травы замещаются малосъедобными растениями — колючками, которые получают экологическое преимущество. В дальнейшем в регионах с пониженным увлажнением может произойти полное опустынивание. Такое катастрофическое развитие событий характерно при перевыпасе в африканской саванне. В северной степной зоне — тундре, где почвенный покров слаб и тонок, перевыпас оленей оказывается даже менее опасен, чем использование тяжелых транспортных машин, следы от которых не зарастают десятки лет.
При недостаточном выпасе экологическое равновесие также нарушается. Начинается сукцессионный процесс зарастания пастбища разнотравьем и кустарником, которые дают укрытие грызунам — конкурентам скота.
В настоящее время около трети пастбищ Земли находятся в неудовлетворительном состоянии вследствие неправильной эксплуатации и перевыпаса. Наилучший способ поддержания продуктивности пастбища издревле применялся скотоводами и состоит в контроле над передвижениями животных и содержании смешанных стад, в которых различные виды животных питаются преимущественно разными растениями.
Применение на пастбищах удобрений для форсированного роста растений и пестицидов для борьбы с нежелательными видами — очень дорогой и малоэффективный метод управления пастбищами. Вместе с грызунами гибнут их естественные враги, что приводит к неконтролируемым вспышкам численности тех самых видов, против которых ведётся.
6. ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Вода является неисчерпаемым природным ресурсом в общепланетарном масштабе, т.к. ее общее количество на планете поддерживается постоянным влагооборотом между океаном, атмосферой и сушей земного шара.
Вода занимает 70,8% от общей поверхности планеты. На долю мирового океана приходится 97% всех запасов водных ресурсов. Большая часть пресных вод (70%) содержится в ледниках и снежных покровах. На подземные воды приходится 23% запасов пресных вод, следовательно, доступными для использования остаются всего только 7% пресных вод.
Основной проблемой в настоящее время является загрязнение пресных вод различными загрязнителями: пестицидами и ядохимикатами, нефтью и нефтепродуктами, поверхностно-активными веществами. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.
В таблице представлены данные о содержании некоторых органических веществ в промышленных подах.
Содержание загрязняющих веществ в промышленных сточных водах
№ п/п
Загрязняющие вещества
Сток в мировом масштабе млн. т/год
1.
Нефтепродукты
26,563
2.
Фенолы
0,460
3.
Отходы производства синтетических волокон
5,500
4.
Растительные органические остатки
0,170
Всего
33,273
Для России проблема охраны и использования водных ресурсовтакжеявляетсяактуальной.Практическивсе поверхностные воды загрязнены выше установленных норм (по отдельным загрязнителям ПДК превышаются в 5-40 раз).
Основными направлениями рационального использования водных ресурсов являются: вторичное использование, применение новых технологий очистки, организационные мероприятия.
Вторичноеиспользование воды применяется на промышленных предприятиях в различных технологических процессах.
Для проведения экзотермических химических реакций, т.е. процессов, идущих с выделением тепла, требуется отвод тепла, т.е. охлаждение аппарата, в котором эта реакция протекает. Для проведения эндотермических реакций, т.е. процессов, идущих с поглощением тепла, требуется подвод тепла, т.е. нагревание аппарата. Обычно используют теплообменные аппараты, одним из видов которых является аппарат с рубашкой. В рубашке циркулирует вода. В первом случае в рубашку подается холодная вода, которая отводит тепло, т.е. в процессе циркуляции нагревается. Во втором случае подается предварительно нагретая вода, которая, в свою очередь, обогревает аппарат, т.е. выполняет роль теплоносителя и в процессе циркуляции охлаждается.
Совмещение экзотермического и эндотермического процессов
1 - Экзотермический процесс
2 - Эндотермический процесс
3 - Водяная рубашка
При совмещении экзо- и эндотермических процессов холодная вода, используемая в первом аппарате, выходит из рубашки уже горячей, и ее можно использовать во втором аппарате без дополнительного подогрева. Таким образом, можно вторично использовать воду и сэкономить энергию для ее нагрева.
В настоящее время и применяются более совершенные методы очистки воды: физико-химические, биотехнологические,
К физико-химическим относятся радиационные, ионообменные, окислительно-восстановительные методы и др. очистки.
При радиационной очистке используют монтирующее излучение, под воздействием которого токсичные вещества превращаются в безвредные.
Ионообменная очистка позволяет не только освобождать воду от загрязнения, но и улавливать для повторною использования ряд ценных химических соединений. В этом методе используют иониты (глинистые минералы, фтораппатит, ионообменные смолы), которые участвуют в реакциях ионного обмена с загрязнителями.
Окислительно-восстановительные методы позволяют перевести токсичные соединения в менее токсичные с последующим удалением последних из сточных вод. Этот метод стокоочистки связан с большим расходом peal ентов и используется в тех случаях, когда опасные токсиканты (цианиды, соединения мышьяка) нельзя извлечь из сточных вод другими способами.
Очистка сточных вод с помощью окислителей и восстановителей.
В качестве окислителей используют хлор (С12), озон (O3), пиролюзит (МnО2), в качестве восстановителей - активированный уголь, органические отходы (например, газетную бумагу), гидросульфит натрия (NaHSO3), диоксид серы (SO2).
Использование окислителей. Для очистки промышленных стоков от соединений мышьяка (As3+) успешно применяют пиролюзит. Сточные воды фильтруют череч слой пиролюзита, при этом As3+ переходит в менее токсичный As3+:
H3AsO3+MnO2+H2SO4 =H3AsO4+MnSO4+H2O
Использование восстановителей. Эти методы применяются, например, для удаления из сточных вод хрома. Cr6+ , содержащийся в некоторых промышленных стоках, восстанавливается до Сг3+ с последующим осаждением его в щелочной среде в форме гидроксида (Сr(ОН)3):
2CrO3 + ЗH2SO3 = Cr2(SO4)3 +ЗH2O
Cr2(SO4)3 + 6NaOH = 2Cr(OH)3 +3Na2SO4
Организационные мероприятия сводятся к административно-правовому и экономическому регулированию водопользования. Отношения в сфере использования и охраны водных объектов регулируются водным кодексом РФ от 18 октября 1995г. Государственный экологический контроль осуществляет Государственная инспекция но охране водных ресурсов, которая контролирует состояние водоочистного оборудования, наличие разрешениинаводопользование,следитзасостоянием водоохранных зон. Она имеет право предъявлять штрафные санкции к предприятиям - нарушителям, а также приостанавливать их деятельность.
К экономическим методам регулирования водопользования относятся:платность, .лицензированиеилимитирование водопользования. Плата и пользование водными объектами вносится потребителями в виде регулярных платежей в течение срока водопользования и плата на восстановление и охрану водных объектов.
Лицензии выдаются на отдельные виды водопользования, они удостоверяют право на пользование водным объектом в определенных границах, в соответствии с указанной целью, на установленный срок. Лимиты утверждаются органами водного хозяйства. Существуют лимиты на потребление вод для орошаемого земледелия, для промышленного потребления, на выбросы и сбросы сточных вод.
Водная проблема актуальна и для Подмосковья. Москвичи, как и большинство населения других регионов России, обеспечиваются водой из поверхностных источников. Тогда, как более 90% жителей Московской области пьют воду, добываемую из глубокозалегающих подземных водоносных горизонтов. Реальные потребности Московской области в подземных водах на перспективу 10-15 лет не превысят 3,5 млн. куб.м в сутки; расчетная потребность на 2005г. - 4,93 млн. куб.м воды в сутки. По данным учета, проводимого службой государственного мониторинга подземных вод. на производственные нужды используется - 20-30 % от отбора подземных вод; на хозяйственно-питьевые нужды Московской области - 350-360 л в сутки на человека.
Геологами разведаны и переданы водохозяйственному комплексу эксплуатационные запасы пресных подземных вод мощностью 5,1 млн. куб. м в сутки. В результате отвода земель под коттеджную и иную застройки неблагоприятные экологические изменения зафиксированы в 57 разведанных, но не освоенных месторождений подземных вод. Эти проблемы актуальны для 19 районов области (где содержание естественных компонентов ранее не контролировалось иликонтролировалось недостаточно):
Люберецкого, Мытищинского, Подольского, Домодедовского, Щелковского, Павлово-Посадского, Воскресенского и др. районов. Здесь концентрации стронция, бария, бора, личин заметно превышают допустимые. Возможность реализации природного потенциала области зависит от рационального выбора способен улучшения качества питьевой воды и работами по мониторингу подземных вод.
7. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Размеры воздушного океана, окружающего нашу планету, колоссальны, его вес составляет около 5 тыс. трлн т; на каждого жители земного шара приходится по 2,5 млн т воздуха. Первостепенную важность для жизни человека имеет сохранение кислородного равновесия, особенно в районах, где наблюдаются серьезные нарушения экологического равновесия. За последние 100 лет уничтожено 245 млрд т кислорода, а вместо него в атмосферу поступило 360 млрд т углекислого газа.
Потребление кислорода при современном уровне техники достигло 1/10 от его общего количества, образующегося в процессе фотосинтеза. Кислород сгорает в фабричных печах, в двигателях кораблей, автомобилях, ракетах и самолетах. При перелете через Атлантику одним самолетом потребляется 70-150 т кислорода. Как показывают проведенные исследования, французско-британский «Конкорд» «проглатывает» каждую секунду 700 кг воздуха, а 320 млн автомобилей потребляют больше кислорода, чем все население Земли. Каждый человек за сутки потребляет около 360 л кислорода, а спортсмены — значительно больше. Подсчитано, что весь воздушный океан проходит через земные живые организмы, включая человека, примерно за 10 лет.
Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности — «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей — связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.
Атмосферный воздух выполняет сложнейшую экологическую функцию, а именно:
• регулирует тепловой режим Земли, способствует перераспределению тепла по земному шару;
• газовая оболочка — это «одеяло» Земли, предохраняющее ее от чрезмерного остывания и нагревания. Благодаря этому на Земле не бывает резких переходов от мороза к жаре, и наоборот. Если бы Земля не была окружена атмосферой, то в течение одних суток амплитуда колебаний температуры поверхности нашей планеты достигала бы 200°С: днем стояла бы сильнейшая жара (более 100°С), а ночью — мороз (около — 100°С). В действительности средняя температура Земли благодаря атмосфере около 15°С;
• спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Верхние слои атмосферы частично поглощают, частично рассеивают эти лучи;
• защищает нас и от «звездных осколков». Размеры метеоритов в подавляющем большинстве не превышают величины горошины. С огромной скоростью (от 11 до 64 км/с) они под влиянием земного притяжения врезаются в атмосферу планеты, раскаляются за счет трения о воздух и на высоте около 60-70 км большей частью сгорают;
• определяет световой режим Земли, разбивает солнечные лучи на миллионы мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому привык человек;
• наличие воздушной оболочки придает нашему небу голубой цвет, так как молекулы основных элементов воздуха рассеивают главным образом лучи с короткой длиной волны, т. е. фиолетовые, синие и голубые;
• является той средой, где распространяются звуки. Без воздуха на Земле царила бы тишина;
• обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании в приземном слое воздуха, отложении загрязненных веществ на „ поверхности земли и т. д.
Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Эта способность природы долгое время эксплуатировалась человеком бездумно и хищнически. Отходы производства выбрасывались в воздух в расчете на то, что все они будут обезврежены и переработаны самой природой. При этом не возникало и мысли о наносимом ей ущербе. Казалось, что как ни велика общая масса отходов, она незначительна по сравнению с защитными ресурсами. Однако при все прогрессирующем росте загрязнений становится очевидным, что природные системы самоочищения рано или поздно не смогут выдержать такого натиска. Способность атмосферы к самоочищению имеет определенные границы. Если они будут превышены, то самоочищение в атмосфере не приведет к полному рассеиванию и разложению примесей. Поэтому большие объемы вредных выбросов в атмосферу вызывают целый ряд неблагоприятных последствий.
Основные источники загрязнения воздуха и их воздействия.
3агряязнение атмосферы — привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических агентов и веществ, обусловленное как природными, так и антропогенными факторами. Естественное загрязнение — это геологические и геохимические процессы, всегда существовавшие на Земле с момента ее образования как геологического тела. Эти факторы не угрожают отрицательными последствиями природным экосистемам, за исключением некоторых катастрофических природных явлений. Например, при извержении вулкана Пинатубо (Филиппины) в 1991 году в атмосферу было выброшено 20 млн т диоксида серы.
Источники загрязнения атмосферы
Антропогенное загрязнение спровоцировано исключительно хозяйственной деятельностью человека, его неуемным желанием создавать себе блага иногда во вред окружающей природной среде. Это загрязнение в первую очередь связано с выбросами сернистого, угарного, углекислого газов, сероводорода, оксидов и диоксидов азота, аммиака, метана (см. схему). То есть такого набора газов, которые определяли главную составляющую протоатмосферы Земли. Иными словами человек своей хозяйственной деятельностью (вопреки фотосинтезу!) возвращает систему атмосферы, в преджизненное состояние. В борьбе между фотосинтезом и загрязняющей ролью хозяйственной деятельности человека сейчас победу одерживает человек. Но эта победа — скорее признак атавизма, а не прогресса. Виды источников, нарушающих естественное состояние атмосферного воздуха, отражены на схеме.
Основные виды источников, нарушающие качественное состояние воздушного бассейна
В общем количестве выбросов вредных веществ в атмосферу над территорией России доминируют выбросы от стационарных источников (промышленность, ТЭЦ и др.). Они же преобладают и в крупных промышленных центрах (Кривой Рог, Магнитогорск, Мариуполь, Новокузнецк, Нижний Тагил), где значительную долю выбросов в атмосферу дает и автотранспорт. В России составлен ранжированный перечень городов (на 1991 г.) по количеству выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников. Суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу над территорией России в 1991 г. составил 53 млн т, из них выбросы от стационарных источников - 32 и от автотранспорта - 21 млн т.
Контроль за загрязнением атмосферы ведется в 334 городах и охватывает все города с населением более 100 тыс. чел. и с крупными промышленными предприятиями.
Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников в городах России в 1991 г. (по А.А. Шеховцову и др., 1993)
Города Выбросы (тыс. т/год)
Норильск 2486
Барнаул 143
Новокузнецк 674
Братск 142
Магнитогорск 666
Пермь 140
Череповец 548
Нижний Новгород 139
Липецк 511
Хабаровск 129
Нижний Тагил 469
Рязань 109
Омск 409
Саратов 97
Ангарск 376
Чита 90
Орск 365
Иркутск 86
Челябинск 341
Кемерово 84
Москва 298
Архангельск 81
Новочеркасск 252
Казань 80
Уфа 246
Томск 76
Новокуйбышевск 244
Владивосток 71
Мончегорск 221
Краснодар 55
Красноярск 217
Ростов-на-Дону 45
Новосибирск 204
Новороссийск 41
Никель 194
Тюмень 38
Волгоград 185
Пенза 33
С.-Петербург 181
Черкесск 31
Среднее время жизни этих газов составляет около 1000 лет. Фреоны в присутствии N0 и Сl разрушают озон, при этом оба газа сохраняются:
NO2 + О = 2NO;
NO + O3 = NO2 + O2;
NO2 + О = NO + О2.
Убывание концентрации озона (O3) приводит к возрастанию проникающего ультрафиолетового излучения на поверхность Земли.
Если нынешние выбросы ХФУ в атмосферу сохранятся, можно ожидать лишь расширения и «углубления» озоновых дыр над полюсами. Естественно, это повлечет за собой разрежение озонового слоя над всей планетой, что совершенно для нас неприемлемо.
Установление стандартов. Акт о чистом воздухе от 1970 г. предусматривал стандарты для следующих пяти загрязнителей, которые в то время считались наиболее распространенными и вредными: все взвеси; сернистый газ; озон; угарный газ; оксиды азота.
Виды стандартов по охране атмосферного воздуха
Это критерии загрязнения. Первичный стандарт, или предельно допустимая концентрация (ПДК), для каждого из них — это максимальный уровень, который человек может переносить без ущерба для здоровья, плюс 10-50% как «запас прочности». Сейчас виды. стандартов по охране атмосферного воздуха включают нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ (взвешенные частицы, аэрозоли, пыль, газообразные компоненты); нормативы биологического загрязнения (микробы, вирусы, аллергены); нормативы предельно допустимых уровней (ПДУ) вредных физических воздействий: звуковые колебания, электромагнитное загрязнение, тепловое воздействие, проникающая радиация, вибрация и т. д. Стандарты выбросов: нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ (пары, аэрозоли).
ЛИТЕРАТУРА:
1. Охрана окружающей среды
2. Учебник «Экологические основы природопользования»
3. Экологические основы природопользования