УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО
УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
Кафедра «Охрана окружающей среды
и рациональное использование природных ресурсов»
ЛАТЫПОВА Ф.М., ХАБИБУЛЛИН Р.Р.
ЭКОЛОГИЯ
Учебное пособие
Рекомендовано
учебно-методическим советом УГАЭС
Уфа – 2006
1
УДК 754. 502.7
ББК 57.026
Л 27
Рецензенты:
Гаделева Х.К., канд. хим. наук,
доцент кафедры специальной химической технологии УГАЭС
Улендеева А.Д., д-р хим. наук ИОХ УНЦ РАН
Латыпова Ф.М., Хабибуллин Р.Р.
Экология: Учебное пособие / Ф.М.Латыпова, Р.Р.Хабибуллин. – Уфа:
Уфимск. гос. акад. экон. и сервиса, 2006. – 117 с.
ISBN 5-88469-255-2
Пособие
посвящено
раскрытию
важнейших
экологических
закономерностей, изучению биосферы как среды обитания живых организмов,
круговороту веществ в окружающей среде, рациональному использованию
природных ресурсов и проблемам охраны окружающей среды от
антропогенных загрязнений. Пособие включает в себя учебную программу,
задания для контрольной работы, тесты для самопроверки, словарь терминов.
Пособие предназначено для студентов дистанционной форму обучения
УГАЭС, аспирантов и преподавателей вузов, ведущих курсы в области
экологии.
ISBN 5-88469-255-2
© Латыпова Ф.М., Хабибуллин Р.Р., 2006
© Уфимская государственная
академия экономики и сервиса, 2006
2
МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В УЧЕБНОМ ПЛАНЕ
Дисциплина
«Экология»
входит
в
цикл
дисциплин
общепрофессиональной подготовки. Для освоения дисциплины необходимо
знать некоторые понятия и определения из курсов ощегумманитарных
дисциплин
В настоящее время экология стала интегральной наукой, связанной
почти со всеми естественными и техническими дисциплинами. Разобраться в
экологических проблемах возможно только при наличии глубоких знаний о
законах природы, а также необходимо знать некоторые понятия и определения
из курсов «Общая и Органическая химия», «Биология», «Физика»,
«Математика» и т. д.
В процессе изучения дисциплины «Экология»
студент получает
основные представления об экологии, как науки об окружающей среде
человека, местообитании всех живых организмов, об единстве и
взаимозависимости экологических систем и что нарушение этих систем может
привести к глобальной экологической катастрофе. Поэтому «Экология» как
учебная дисциплина должна занимать в учебном процессе одно из ведущих
положений.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА
Цель курса «Экология» заключается в следующем:
1. Ознакомить студентов со свойствами окружающей среды – дать
понятие зависимости человека от биосферы и ее от человека и в соответствии
с этим должным образом вести себя в экологическом окружении.
2. Рассмотреть закономерности развития и эволюции экосистем,
круговорот веществ в природе.
3. Дать основные понятия об экологических факторах, о механизмах
адаптации организмов по воздействию на экосистемы.
4. Подробно рассмотреть антропогенные воздействия на биосферу и
влияние загрязнения окружающей среды на здоровье населения.
5. Рассмотреть принцип рационального природопользования.
Курс ставит следующие задачи:
1. Формирование экологического мышления в процессе изучения
дисциплины.
2. Приобретение практических навыков в моделировании экологических
ситуаций и разрешения, исходящих из нее последствий.
ПЕРЕЧЕНЬ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ
В результате изучения дисциплины «Экология» студент должен:
Иметь общее представление об «Экологи», как о науке изучающей
рационального природопользования, этики поведения в природе,
3
технологических решений трудных химических и металлургических
производств, снижения выхлопных газов транспорта и др.
Владеть информацией и правильно ориентироваться в реальной
экологической ситуации. Решать задачи сохранения и рационального
использования окружающей среды. Понимать характер экологии как науки и
ее место в системе общегуманитарных знаний.
ТЕМАТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Экология – это наука, изучающая отношения организмов между собой и
с
окружающей
их
неорганической
природой;
общие
законы
функционирования экосистем различного иерархического уровня; среду
обитания живых существ, включая человека.
В данном курсе рассматриваются изучение биосферы в целом –
экологическую систему, охватывающую земной шар. Устойчивое
функционирование биосферы как целостной системы обеспечивает условия
жизни человечества как одной из составной части глобальной экосистемы.
Непонимание законов функционирования экосистем разного уровня или
недостаточный их учет стали причинами современного кризисного состояния
биосферы. Проблема экологической безопасности в наши дни приобрела
всеобщее, в том числе политическое значение, став на один уровень с
проблемой ядерной безопасности. Однако сложившееся представление о том,
что экологические проблемы сводятся лишь к борьбе с загрязнением среды
ошибочно и
тормозит создание глобальной системы экологической
безопасности. Чтобы выйти из экологического кризиса, необходимо познать и
практически использовать фундаментальные законы формирования,
устойчивости и методов рациональной эксплуатации природных
экологических систем.
Основные законы экологи, сформулированные Б.Коммонером в 1971 г.,
кратко можно представить так: 1. Все связано со всем – это всеобщая связь
процессов и явлений в природе. 2. Все должно куда-то деваться – любая
природная система может развиваться только за счет использования
энергетических и информационных возможностей окружающей среды. 3.
Природа «знает» лучше – пока мы не имеем абсолютно достоверной
информации о механизмах и функциях природы, мы легко можем навредить
природе, пытаясь ее улучшить. 4. Ничего не дается даром – глобальная
экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничто не
может быть выиграно или потеряно, не может быть объектом всеобщего
улучшения; все извлеченное в процессе человеческого труда должно быть
возмещено.
Биосфера по мнению В.И.Вернадского состоит из семи взаимосвязанных
веществ: живого, биогенного, косного, биокосного, радиоактивного,
космического, рассеянных атомов. В пределах биосферы практически каждый
химический элемент проходит через цепочку живых организмов, включается в
4
систему биогеохимических превращений. Так, вес кислород планеты –
продукт фотосинтеза – обновляется через каждые 2000 лет, а все углекислоты
– через 300 лет.
Биохимические процессы в организмах также представляют собой
сложные, организованные в циклы цепи реакций. На воспроизведение их в
неживой природе потребовались бы огромные энергетические затраты, в
живых организмах они протекают при участии белковых катализаторов –
ферментов, понижающих энергию активации молекул на несколько порядков
величин.
Боле 99 % энергии, поступающих на поверхность Земли, составляет
излучение Солнца, это энергия растрачивается в громадном большинстве
физических и химических процессов в гидросфере, атмосфере и литосфере:
перемешивание воздушных и водных масс, испарение, перераспределение
веществ, поглощение и выделение газов и т.д.
На Земле существует один единственный процесс, при котором энергия
солнечного излучения не только тратится и перераспределяется, но и
связывается, запасается иногда на очень длительное время. Этот процесс –
создание органического вещества в процессе фотосинтеза. Сжигая в топках
каменный уголь, нефтепродукты, мы освобождаем и используем солнечную
энергию, запасенную растительностью сотни миллионов лет.
Для обеспечения всего многообразия форм биогенной миграции
химических элементов необходимо было развитие определенного комплекса
организмов. Отсюда возникает проблема эволюции биосферы как единого
целого в процессе в процессе историко-геологического развития нашей
планеты. В процессе этого развития в биосфере возникла сложная сеть
взаимосвязанных процессов и явлений – благодаря взаимодействию
абиотических и биотических факторов биосфера находится в постоянном
движении и развитии. Она прошла значительную эволюцию со времени
появления человека, т.е. на протяжении последних 2–3 млн лет.
Круговорот основных элементов в биосфере – это многократное участие
веществ в процессах, происходящих в атмосфере, гидросфере, в том числе в
тех слоях, которые входят в биосферу планеты. Особое значение имеют
круговороты кислорода, углеводорода, азота, серы и фосфора. Биохимический
цикл кислорода – планетарный процесс, связывающий атмосферу и
гидросферу с земной корой. Узловыми звеньями круговорота являются:
образование свободного кислорода при фотосинтезе в зеленых растениях,
потребление кислорода для осуществления дыхания всеми живыми
организмами, для реакции окисления органических остатков и неорганических
веществ (например, сжигания топлива ( и другие химические преобразования,
которые ведут к образованию таких окисленных соединений, как углекислый
газ, вода, и последующему вовлечению их в новый цикл фотосинтетических
превращений.
В
круговороте
кислорода
отчетливо
проявляется
активная
5
геохимическая деятельность живого вещества, его ведущая роль в этом
циклическом процессе. Исходя из массы синтезированного на протяжение
года органического вещества (с учетом 15 % потраченных на процесс
дыхания), можно заключить, что ежегодное продуцирование кислорода
зеленой растительностью планеты составляет около 300 х 109 т. Лишь
немногим более 25 % этого количества выделяется растительностью суши,
остальное – фотосинтезирующими организмами. Мирового океана, свободный
кислород присутствует не только в атмосфере, в растворенном состоянии он
содержится и природных водах. Суммарный объем вод Мирового океана равен
137х109 л, а в 1 л воды растворено от 2 до 8 см2 кислорода. Следовательно, в
водах Мирового океана находится от 2,7 до 10,(х1012 т растворенного кислорода.
Часть органического вещества захороняется, вследствие чего из годичного
круговорота выводится связанный кислород.
Круговорот углерода в гидросфере является более сложным по
сравнению с континентальными, поскольку возраст этого элемента в форме
углекислого газа зависит от поступления кислорода в верхние слои воды как
из атмосферы, так и из атмосферы, так и из нижележащей толщи, между
сушей и Мировым океаном происходит постоянная миграция углерода.
Преобладает вынос элемента в форме карбонатных и органических
соединений с суши в океан. Поступление углерода из Мирового океана на
суше совершается в несравненно меньших количествах, и то лишь в форме
углекислого газа, диффундирующего в атмосферу и переносимого
воздушными течениями.
В круговороте соединений азота чрезмерно большую роль играют
микроорганизмы: нитрификаторы, денитрофикаторы. Все остальные
организмы влияют на цикл азота только после ассимиляции его в состав своих
клеток. Азот фиксирует также пурпурные и зеленые фотосинтезирующие
бактерии, различные почвенные бактерии.
В круговороте азота из огромного запаса этого элемента в атмосфере и
осадочной оболочке литосферы принимает участие только фиксированный
азот, усваиваемый живыми организмами суши и океана. В категорию азота
обменного фонда входят: азот биомассы, азот биологической фиксации
бактериями и живыми организмами, ювенильный (вулканогенный) азот,
атмосферный (фиксированный при грозах) и техногенный.
Наибольшее количество азота и зольных элементов содержится в
биосфере лесной растительности, почти во всех типах растительности масса
зональных элементов в 2–3 раза превышает массу азота.
В биосфере хорошо развит процесс циклических превращений серы и ее
соединений. В глобальных масштабах в регуляции кругооборота серы
участвуют геохимические и метеорологические процессы (эрозия,
осадкообразование, выщелачивание, дождь, адсорбция, десорбция и т.д.),
биологические процессы (продукция биомассы и ее разложение), взаимосвязь
воды и почвы.
Геохимический цикл фосфора в большой мере отличается от циклов
6
углерода и азота. Содержание этого элемента в земной коре равно0,093 %.
Фосфор концентрируется живым веществом, где его содержится в 10 раз
больше, чем в земной коре.
Антропогенное загрязнение воздуха вредными веществами вызывает
парниковый эффект, образование различных видов смогов, выпадение кислых
дождей. Под действием хлорорганических соединений происходит
разрушение озонового
слоя,
в результате
чего
проникновение
ультрофиолетовых лучей становится легкодоступным, вызывая различные
заболевания живых организмов, в первую очередь человека.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авакян А.Б. Рациональное использование природных водных
ресурсов. Екатеринбург: Виктор, 1994.
2. Воронский В.А. Прикладная экология. Ростов-на-Дону: Феникс, 1996.
3. Владимиров В.В. Расселение и экология. М.: Высшая школа, 1996.
4. Валова Н.В. Основы экологии М.: Высшая школа,1998.
5. Воронков Н.А. Основы общей экологии М.: Агар,1997.
6. Вишнякова А.Д. Экология. М.: Высшая школа, 2000.
7. Глухов В.В. Экономические основы экологии. 1995.
8. Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей
среды. СПб.: Специальная литература, 1997.
9. Давиденко Н.М. Геохимические аспекты состояния географической
среды. Новосибирск,1999.
10. Ерофеев Б.В. Экологическое право М.: Юриспруденция, 1999.
11. Киселев В.Н. Основы экологии. Учебное пособие. М.: Университет,
2000г.
12. Левин А.С. Глобальные проблемы современного мира: Курс лекций.
МЭТК, 1997.
13. Медведев В.И. Экологическое сознание: Учебное пособие для вузов.
Логос, 2001.
14. Мазур И.И. Инженерная экология Наука, 1999.
15.Одум Ю.Экология. В 2-х томах, М., 1986
16. Понаморева И.Н. Общая экология. М.: Высшая школа, 1994.
17. Стадницкий Г.В. Экология: Учебное пособие для химикотехнологических вузов. М.,: Химия, 1997.
18 Тупикин Е.И. Общая биология с основами экологии и
природоохранной деятельности. М.: 1999.
19. Файзуллин Ф.С. Экология, здоровье, образ жизни. Уфа:АН РБ, 1997.
20. Небел Б.Наука об окружающей среде. В 2-х томах, М.,1991.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что такое биосфера, и какие области земли она охватывает?
7
2. Что такое экологические системы? Почему они так разнообразны и
многочисленны?
3. Опишите известные вам экосистемы?
4. В чем разница между экосистемами, биомами, биотой и биосферой?
5. Какую роль играют продуценты в экологических системах? Почему
именно они лежат в основе трофических цепей?
6. Какие виды, на Ваш взгляд, входят в экосистемы леса, болота, реки,
поля?
7. В чем принципиальные различия между взаимоотношениями «хищник – жертва» и «хозяин – паразит»?
8. Какие различия между детритофагами и редуцентами?
9. Приведите примеры трофических цепей, характерных для различных
экосистем?
10. Приведите примеры синергизма в мире животных?
11. Какие абиотические факторы влияют на существование и развитие
биоты в экосистемах (приведите примеры)?
12. Определите, какие значения величин абиотических факторов
отвечают для человека зоне устойчивости, зоне оптимума и зоне стресса?
13. Как влияет климат на видовой состав экосистем?
14. Какие именно абиотические факторы и почему в наибольшей мере
определяют климат и видовой состав биомассы (приведите примеры)?
15. Приведите примеры негативных последствий интродукции?
16. Почему начало развития сельского хозяйства многими
рассматриваются как начало создания экосистемы человека?
17. Что представляет собой экосистема человека в настоящее время?
18. В какой мере человек способен преодолеть действие обычных
лимитирующих факторов?
19. Возможны ли специфические законы существования живого, не
соответствующие принципам сохранения материи и энергии?
20. Не является ли использование атомной энергии опровержением
первого закона термодинамики?
21. Не может ли, в соответствии со вторым законом термодинамики,
обращение в любом процессе части энергии в энтропию привести к
постепенному прекращению всех процессов и тепловой смерти вселенной?
22. Если окисление любых органических соединений необратимо, то
почему они, как и все живое, существуют и не сгорают?
23. Чем объяснить, что в трофических цепях потери энергии наибольшие
у консументов 2 и 3 рода, а у продуцентов заметно меньше?
24. Справедливо ли утверждение, что вся поглощенная продуцентами
углекислота полностью переходит в процессе жизнедеятельности организмов
в углекислоту атмосферы?
25. Если справедливо утверждение о постоянстве количества солнечной
энергии, то чем объяснить многочисленные оледенения и потепления в
истории Земли?
8
26. Можно ли считать солнечную энергию экологически чистой и
безопасной для живых существ?
27. Почему рост численности людей и увеличение доли мяса в их
рационе подавляет природные экологические системы?
28. Чем отличаются отходы, образующиеся в природе, от отходов,
создаваемых людьми?
ТРЕНИНГ-ТЕСТЫ
1. Жизнь пронизывает гидросферу и литосферу до глубины:
а) 200 метров;
б) 2 километров;
в) 50 километров;
г) 10–11 километров.
2. Экологические системы включают:
а) только живые существа;
б) только влияющие на жизнь природные факторы;
в) совокупность живого и неживого;
г) абиотические факторы.
3. Продуценты производят органические вещества:
а) из диоксида углерода, воды и биогенов;
б) за счет использования солнечной энергии;
в) при каталитическом действии хлорофилла;
г) из диоксида углерода, воды и биогенов при использовании солнечной
энергии.
4. Первичные консументы получают энергию и материал для построения
своего за счет:
а) фотосинтеза из неорганического материала;
б) переработки останков умерших животных и растений;
в) счет переработки органического вещества, созданного продуцентами;
г) нет правильного ответа.
5. Вторичные консументы получают энергию и органические материалы,
поедая:
а) растения;
б) травоядных животных;
в) останки мертвых животных и растений;
г) редуцентов.
9
6. К детритофагам относятся:
а) микроорганизмы; насекомые; черви; гиены, грифы;
б) мхи, лишайники, грибы;
в) водоплавающие организмы;
г) консументы первичные.
7. В трофической цепи на каждом следующем трофическом уровне
биомасса меняется следующим способом:
а) остается постоянной;
б) уменьшается;
в) увеличивается;
г) нет зависимости.
8. Синергизм – не пищевое взаимодействие между живыми существами,
характеризующееся:
а) взаимным улучшением условий жизни видов;
б) взаимным ухудшением условий жизни видов;
в) независимыми условиями жизни;
г) увеличение эффекта при общем взаимодействии.
9. Важное условие совместной жизни членов экологической системы:
а) частное изменение взаимоотношений;
б) обновление взаимоотношений в каждом поколении;
в) устойчивость взаимоотношений;
г) нет никаких взаимоотношений.
10. К числу абиотических факторов экосистемы относятся:
а) температура;
б) количество осадков;
в) состав почв;
г) факторы неживой природы.
11. Диапазон для данного абиотического фактора, в котором
существование возможно, но условия не очень благоприятны, называется:
а) зоной устойчивости;
б) зоной оптимума;
в) зоной пессимума;
г) зоной стресса.
12. Плотность популяции – это:
а) общее количество животных данного вида;
б) численность особей данного вида на единицу площади;
10
в) доля животных данного вида в общем числе живых существ в
экосистеме;
г) численность особей данного вида в единицу времени.
13. Наибольшая плотность популяции достигается:
а) если наиболее важные абиотические факторы находятся в зоне
оптимума;
б) если хотя бы один абиотический фактор находится в зоне оптимума;
в) если несколько факторов находятся в зоне стресса.;
г) при высоких температурах
14. Температура и количестве осадков 250-750 мм отвечает биому:
а) тундры;
б) вечнозеленых хвойных лесов;
в) степей;
г) листопадных лесов умеренного пояса.
15. Что входит в экосистему человека:
а) человек и окружающая его среда;
б) паразитирующие на нем и находящиеся с ним в синергических
взаимоотношениях существа;
в) домашние и сельскохозяйственные животные;
г) культивируемые растения.
16.Стабильность видового состава экосистемы сохраняется:
а) за счет существования регулирующих внешних сил;
б) за счет динамического равновесия между видами;
в) благодаря абсолютной стабильности абиотических составляющих
экосистемы;
г) все ответы верны.
17. Популяция состоит:
а) из близких видов;
б) часто из представителей одного вида;
в) из особей одного вида, скрещивающихся друг с другом и
размножающихся;
г) из нескольких видов.
18. Стабильная экосистема характеризуется:
а) сравнительно постоянной численностью популяций;
б) устойчивым увеличением численности популяции;
в) устойчивым уменьшением численности популяции;
г) увеличением популяции по арифметической прогрессии.
11
19. Биотический потенциал характеризуется:
а) способностью к размножению членов популяции;
б) способностью к расселению и захвату новых мест обитания;
в) способностью приспосабливаться к неблагоприятным условиям;
г) защитными механизмами.
20. Амменсализм – система отношений, при которой:
а) популяции не влияют друг на друга;
б) один вид ущемляется, а другой не получает преимуществ;
в) один вид получает явную выгоду, а другой - ни вреда, ни пользы;
г) взаимовыгодные взаимоотношения видов.
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Абиотический – неживой фактор или объект, влияющий или
определяющий условия существования живых существ в экосистеме.
Автотроф – организм, способный синтезировать все необходимые ему
органические вещества из неорганических, используя в качестве источника
энергии свет или некоторые органические соединения (см. продуценты).
Аменсализм – способ взаимодействия между видами и популяциями в
экологических системах, когда один вид терпит ущерб, "ущемляется", а другой
вид не получает при этом никаких преимуществ. Примером этого оказывается
ущемление светолюбивых растений в тени деревьев.
Анаэробный – процесс, идущий в отсутствие кислорода.
Антропоген – (четвертичная система), третий период кайнозойской эры,
соответствует последнему периоду геологической истории, продолжающийся
поныне. В течение антропогена рельеф, климат, растительность и животный
мир приняли современный облик, характерно развитие оледенений. С
антропогеном связано становление человека.
Ареал – область распространения (группы живых организмов, типа
сообществ, сходных условий и т.п.).
Ассимиляция – уподобление, слияние, усвоение. Усвоение питательных
веществ живыми клетками (фотосинтез, корневая абсорбция и т.д.).
Превращение веществ, поступающих из внешней среды, в собственное тело
организма.(2)
Аэробы – живые организмы, способные к существованию только в
среде, содержащей кислород.
Биоассимиляция – накопление в организмах возрастающих количеств
потенциально токсичных веществ, поглощающихся из окружающей среды или
поступающих с пищей, которые не разлагаются и не выделяются из организма
полностью.
Биогеоценоз
–
эволюционно
сложившаяся,
относительно
пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система
функционально связанных живых организмов и окружающей их абиотической
12
среды, характеризующаяся определенным энергетическим состоянием, типом
и скоростью обмена веществом и информацией. (См. экосистема).
Биодеградация – потребление и разрушение органического материала
до простых природных веществ (диоксид углерода, вода), осуществляемая
организмами.
Биом – большая группа экосистем со сходным типом растительности,
определяемым сходными климатическими условиями (например, тундра,
тайга, тропические леса).
Биомасса – масса живого вещества. Часто говорят о биомассе
определенной группы организмов или трофического уровня.
Биосфера – область существования живого вещества, оболочка Земли, в
которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как
геохимический фактор планетарного масштаба, самая крупная экосистема
Земли – область системного взаимодействия живого и неживого вещества на
планете.
Биота – совокупность всех живых организмов в экосистеме.
Биотоп – относительно однородное по абиотическим факторам среды
пространство, занятое биоценозом.
Биоценоз – сообщество из продуцентов, консументов и редуцентов,
входящих в состав одного биогеоценоза и населяющих один биотоп (участок
земной поверхности, суши или водоема, с однотипными условиями среды).
Белки – природные высокомолекулярные органические соединения,
построенные из остатков 20 аминокислот, которые соединяются пептидными
связями в длинные цепи. Во всех живых организмах белки играют
исключительно важную роль: они участвуют в построении клетки и тканей,
являются биокатализаторами(ферментами), гормонами, дыхательными
пигментами (гемоглобины), защитными веществами(иммуноглобулины) и др.
Вид – основная структурная единица в системе живых организмов.
Вид – совокупность особей, обладающих общими морфофизиологическими
признаками, способных в природных условиях скрещиваться друг с другом и
занимающих сплошной или частично разорванный ареал. Общее число видов
на Земле оценивается числами от 1,5 до 5 млрд.
Геном – совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе
хромосом данного организма.
Гены – химические носители наследственной информации,
передающиеся от родителей в составе яйцеклетки и спермия и определяющие
врожденные признаки (физические, физиологические, в определенной степени
– поведенческие особенности). Могут изменяться в результате мутаций, а их
новые сочетания способствуют появлению у потомства признаков,
отсутствовавших у родителей.
Генотип – генетическая (наследственная) конституция организма,
совокупность всех его генов. В современной генетике рассматривается не как
механический набор независимо функционирующих генов, а как единая
13
система, в которой любой ген может находиться в сложном взаимодействии с
остальными генами.
Гидросфера – совокупность всех вод, объектов земного шара, океанов,
морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного
покрова.
Гетеротроф – организм, питающийся органическим веществом
(консументы, детритофаги, редуценты).
Гумус (земля, почва, перегной) – высокомолекулярные темноокрашенные органические вещества почвы. Содержит элементы питания
растений, которые после разложения гумуса переходят в доступную для них
форму. Почвы, богатые гумусом, плодородны.
Девон – четвертый период палеозойской эры геологической истории
Земли. Начался около 410 миллионов лет назад, длился около 60 миллионов
лет.
Деградация – постепенное ухудшение, снижение или утрата
положительных качеств.
Демография – наука о закономерностях воспроизводства населения в
общественно- исторической обусловленности этого процесса.
Детрит – мертвые органические остатки растительного или животного
происхождения.
Детритофаги – организмы, питающиеся детритом, получающие
биогены и энергию за счет питания детритом.
Диссоциации – распад частицы (молекулы, радикала, иона) на
несколько более простых частиц.
Иерархия – расположение частей или элементов целого в порядке от
высшего к низшему.
Карбонаты – соли и эфиры угольной кислоты Н2СО3.
Кембрий – первый период палеозойской эры геологической истории.
Кембрий начался 570 миллионов лет тому назад. Длился 70 миллионов лет.
Климат – статистический, многолетний режим погоды, одна из
основных географических характеристик той или иной местности. Основные
особенности климата определяются поступлением солнечной радиации,
процессами циркуляции воздушных масс, характером подстилающей
поверхности. Из географических факторов, влияющих на климат отдельного
региона наиболее существенны широта и высота местности, близость его к
морскому побережью.
Климакс – конечное, устойчивое состояние растительного сообщества,
находящееся в равновесии с окружающей средой; состав его более или менее
постоянен в течении длительного времени.
Коацервант – капля или слой с большей концентрацией коллоида, чем в
остальной части раствора. В гипотезах о происхождении жизни – проорганизм.
Комменсализм – взаимодействие между видами и популяциями в
экологических системах. Постоянное или временное сожительство особей
разных видов при котором один из партнеров питается остатками пищи или
14
продуктами выделения другого, не причиняя ему вреда. Например мелкая
рыба- прилипало передвигается на большие расстояния, прикрепляясь
спинным плавником-присоской к коже акул и других крупных рыб. (4)
Консументы - в экосистеме – организмы, получающие энергию и
биогены,
питаясь
другими
организмами
или
продуктами
их
жизнедеятельности.
Коэволюция – параллельная, совместная взаимосвязанная эволюция.
Термин, как правило, применятся для системы «общество-природа».
Ксенобиотики – вещества, которые чужды живым организмам, не могут
входить в обычные пищевые цепи и не разрушаются живыми организмами, но
могут нарушать процессы жизнедеятельности их. К ним относятся тяжелые
металлы, многие синтетические органические вещества, особенно
галоидосодержащие.
Криптозой – следующий за Археем, второй эон геологической
временной шкалы, нижняя граница около 2,5–2,6 миллиардов лет назад,
интервал времени в течение которого сформировались докембрийские толщи
пород, лишенные явных остатков скелетной фауны, противопоставляется
фанерозою (фанерозойская эра), охватывающему палеозой, мезозой и
кайнозой.
Кризис – резкий, крутой перелом в чем-либо, тяжелое переходное
состояние.
Критическая численность – минимальное число особей определенного
вида, необходимое для сохранения здоровой, жизнеспособной популяции. При
падении численности ниже критической вымирание почти неизбежно.
Культура – исторически определенный уровень развития общества,
творческих сил и способностей человека, выраженный в типах и формах
организации жизни и деятельности людей, а также в создаваемых ими
материальных и духовных ценностях.
Мутация – случайное изменение одного или нескольких генов
организма. Может быть спонтанной, но число мутаций резко увеличивается
при радиоактивном облучении и воздействии ряда химических веществ, в
особенности, ксенобиотиков. Большинство мутаций неблагоприятно для вида
или популяции.
Мутуализм – тесная взаимосвязь двух организмов, выгодная для них
обоих.
Нейтрализм – взаимодействие между видами и популяциями в
экологических системах. Отсутствие взаимного влияния групп организмов
друг на друга при совместном проживании на одной территории, в одной
экологической нише.
Неоген – второй период кайнозойской эры. Начался 25 миллионов лет
назад. Продолжительность 23 миллиона лет.
Нефть – горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной
оболочке земли, важнейшее полезное ископаемое. Продукт преобразования
15
органических соединений. Сложная смесь алканов, некоторых цикланов и
аренов, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений.
Ниша экологическая – совокупность связей организма с биотическими
и абиотическими факторами его среды обитания.
Оптимальная популяция – размер популяции, обеспечивающий
максимальную устойчивость.
Организм – живое существо, обладающее совокупностью свойств,
отличающих его от неживой материи. Большинство организмов имеют
клеточное строение. Формирование целостного организма - процесс,
состоящий из дифференцирования структур (клеток, тканей, органов) и
функций их интеграции как в онтогенезе, так и в филогенезе.
Озоновый экран – слой озона в верхних слоях атмосферы,
защищающий от опасной для живого ультрафиолетовой составляющей
излучения Солнца.
Паразит – организм, питающийся другим организмом (хозяином), не
убивая его, но часто причиняя ему вред. Эктопаразиты поражают поверхность
тела хозяина, а эндопаразиты живут внутри него.
Парниковый эффект – повышение температуры атмосферы из-за
увеличения содержания в ней диоксида углерода и некоторых других газов,
приводящего к поглощению атмосферой теплового излучения Земли.
Первичный консумент – организм, питающийся преимущественно или
исключительно зелеными растениями, их плодами или семенами.
Пирамида биомассы – результат сопоставления биомасс продуцентов,
консументов первого и второго рода в пределах одной экосистемы
Полезные ископаемые – угли, нефть, газ, каменные и калийные соли,
медистые песчаники, фосфориты.
Питекантропы – древнейшие ископаемые люди. Предшествуют
неандертальцам. Создатели культур раннего палеолита. Жили около 500 тысяч
лет назад. Костные остатки найдены в Азии, Европе и Африке.
Пищевая цепь – поэтапный перенос энергии и вещества в ряду
организмов при поедании последующим элементом цепи предыдущего.
Плотность популяции – число ее особей на единицу площади.
Природа – 1) в широком смысле – все сущее, весь мир в многообразии
его форм.
Популяция – группа организмов определенного вида, способных
скрещиваться и размножаться в пределах определенной экосистемы.
Употребляется в одном ряду с понятиями: материя, Вселенная. 2)
Совокупность естественных условий существования человеческого общества.
Продуценты – в экосистеме организмы (в основном зеленые растения),
использующие световую энергию для синтеза органических веществ из
неорганических.
Протеины – белки, состоящие только из остатков аминокислот. К
протеинам относятся многие ферменты. Часто термин «протеины»
употребляют как синоним белков.
16
Равновесие – состояние системы, при котором в ней происходят только
обратимые процессы.
Редуценты – организмы, прежде всего грибы и бактерии, питание
которых -гниение или иное разложение сложных соединений до более
простых.
Сапрофиты – растения, грибы и бактерии, питающиеся органическим
веществом отмерших организмов. Гетеротрофы. Разлагают трупы и выделения
животных, растительные остатки.
Сахара – низкомолекулярные углеводы – моносахариды и
олигосахариды. Хорошо растворяются в воде, способны кристаллизоваться.
Большинство из них получены химическим синтезом. Иногда сахарами
называют все углеводы.
Селекция – создание сортов и гибридов растений и пород животных с
нужными человеку признаками.
Симбиоз – тесная взаимосвязь или ассоциация двух видов, обычно
приносящая пользу им обоим.
Синергизм – явление, когда два фактора вместе оказывают влияние,
значительно превышающее сумму их независимых эффектов.
Сообщество – система совместно живущих в пределах некоторого
естественного объема пространства автотрофных и гетеротрофных организмов
(иногда лишь одних из них). Могут рассматриваться отдельно сообщества
микроорганизмов (микробиоценоз), сообщество растений (фитоценоз),
сообщество животных (зооценоз) и т. д. Иногда сообщество понимают как
синоним биоценоза.
Стереотип – схематический, стандартизованный образ или
представление о социальном явлении или объекте, обычно эмоционально
окрашенные и обладающие большой устойчивостью. Выражает привычное
отношение человека к какому-либо явлению, сложившееся под влиянием
социальных условий и предыдущего опыта.
Стрессовые зоны – условия, далеко не оптимальные, но и не
смертельные для вида, когда он выживает, но испытывает стресс.
Сукцессия – (преемственность) последовательная смена одних
сообществ организмов (биоценозов) другими на определенном участке среды.
При естественном течении сукцессия заканчивается формированием
устойчивой стадии сообщества (климаксом). Пример сукцессии – переход
зарастающего озера в болото.
Трофическая цепь – поэтапный перенос энергии и вещества в ряду
организмов при поедании последующим элементом цепи предыдущего.
Трофический уровень – этап движения солнечной энергии (в составе
пищи) через экосистему. Зеленые растения находятся на первом трофическом
уровне, консументы первого рода на втором и т.д.
Устойчивое развитие – обеспечение людям лучших условий жизни без
принесения в жертву или истощения ресурсов или изменения окружающей
среды в ущерб будущим поколениям.
17
Фауна – исторически сложившаяся совокупность видов животных,
обитающих на определенной территории.
Фитофаги – животные, питающиеся только растениями.
Фотосинтез
–
превращение
зелеными
растениями
и
фотосинтезирующими микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию
химических связей органических веществ. Происходит с участием
поглощающих свет пигментов хлорофилл и др. Суммарное выражение
фотосинтеза уравнений:
6СО2 + 6Н2О + энергия солнца, хлорофилл =
С6Н12О6.
Хлорофилл – зеленый пигмент растений, содержащийся в хлоропластах.
В процессе фотосинтеза поглощает световую энергию и превращает ее в
энергию химических связей органических соединений.
Эволюция – необратимое историческое развитие живой природы.
Определяется изменчивостью, наследственностью и естественным отбором
организмов. Сопровождается приспособлением их к условиям существования,
образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и
биосферы в целом.
Экология – наука о взаимодействии организмов между собой и с
окружающей средой.
Экологический кризис – резкий, крутой перелом во взаимоотношениях
организмов между собой и окружающей средой, тяжелое переходное
состояние.
Экологическое сознание – индивидуальная и коллективная способность
понимания неразрывной связи человека и человечества с природой,
зависимости благополучия людей от целостности и сравнительной
неизменности природной среды обитания человека и использования этого
понимания в практической деятельности.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Решение глобальных задач по охране окружающей среды и
рациональному использованию природопользованию возможно только на
основе экологических знаний. В настоящее время экология стала интегральной
наукой, связанной почти со всеми естественными и техническими
дисциплинами. Разобраться в экологических проблемах, возможно, только при
наличии глубоких знаний о законах природы, о понимании, что
экологического благополучия только для населения одного государства быть
не может. Поэтому экология как учебная дисциплина должна выходить на
первый план.
Целью дисциплины является изучение ряда вопросов: свойств биосферы;
зависимость человека от биосферы и наоборот, закономерности развития и
18
эволюции экосистем; основные понятия об экологических факторах;
антропогенные воздействия на биосферу и влияние загрязнения окружающей
среды на здоровье населения; принцип рационального природопользования;
правовые и экологические механизмы природопользования.
В результате изучения дисциплины «Экология» студенты должны
владеть информацией и правильно ориентироваться в реальной экологической
ситуации; уметь решать задачи сохранения и рационального использования
окружающей среды; понимать характер экологии как науки и ее место в
системе общегуманитарных знаний; уметь выразить и обосновать свою
позицию по экологическим проблемам.
На практических занятиях предлагается анализировать конкретные
экологические
ситуации,
составление
экологических
справок
к
конструирование моделей различных экологических явлений и явлений в
стране.
ГЛАВА 1. БИОСФЕРА – КАК ЕДИНАЯ ЭКОСИСТЕМА ЗЕМЛИ
1.1. Предметы и задачи экологии
Экология – это наука об отношениях организмов или групп организмов к
окружающей их среде или наука о взаимоотношениях между живыми
организмами и средой их обитания.
Требования любого живого организма к качеству окружающей Среды
консервативны. При изменении режимов факторов, отклонении тех или иных
составляющих природной Среды от некоторой требуемой организму нормы
возможны нарушения жизнедеятельности вплоть до несовместимости этих
отклонений с жизнью.
Термин «экология» предложен в 1869 г. немецким ученым Эрнстем
Геккелем и образован из двух греческих корней: ойкос – дом, жилище; логос слово. Под экологией Геккель понимал сумму знаний, относящихся к
экономии природы, изучение всей совокупности животного с окружающей его
средой, как органической, так и неорганической. В его понимании экология
касается в первую очередь царства животных.
Экология изучает организацию жизни на трех уровнях. Во-первых,
взаимодействие отдельного организма со средой его обитания (образ жизни,
взаимодействие с отдельными элементами окружающей среды, поведение и
т.п.). Данный раздел называется аутоэкологией (аутос-сам). При
аутоэкологических исследованиях используются лабораторные эксперименты,
19
тесты, специальное оборудование. Аутоэкологические методы используются и
при изучении воздействия на организм вредных веществ, содержащихся в
промышленных выброса, а также вредных и опасных физических
производственных факторов.
Однако в реальной жизни ни один организм не существует вне связи с
другими – себе подобными, т.е. особями того же вида. Раздел экологии,
изучающий взаимоотношения между организмом и средой на уровне группы
особей одного вида, называют демэкологией (дем – групппа позвоночных).
Демэкологию в ряде случаев называют как экологию популяций.
Понятие биосферы как cреды обитания живых организмов было
предложено впервые в 1875 г. австрийским геологом Э.Зюссом. Он понимал
под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. Позднее
Вернадский подошел к биосфере, как к планетной среде, в которой
распространено живое вещество. Вернадский считал, что живое вещество не
может быть оторвано от биосферы, функцией которой оно является. Кроме
того, биосфера есть область превращения космической энергии, и по
Вернадскому биосфера есть «планетное явление космического характера»
1.2. Состав и структура геосфер Земли
Земля и окружающая ее среда сформировалась в результате
закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,7 млрд лет назад из
рассеянного в протосолнечной системе газопылеватого вещества образовалась
планета Земля. Как и другие планеты, Земля получает энергию от Солнца,
достигающую земной поверхности в виде электромагнитного излучения.
Солнечное тепло – одно из главных слагаемых климата Земли, основа для
развития многих геологических процессов. Огромный тепловой поток исходит
из глубин Земли. По новейшим данным, масса Земли составляет 6–1021 т,
объем – 1,083–1012 км3, площадь поверхности – 510,2 млн км2. Размеры, а
следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.
Планета Земля имеет неоднородное строение и состоит из
концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним
относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера,
атмосфера и сложная оболочка Земли – биосфера.
Литосфера (греч. «литое» – камень) – каменная оболочка Земли,
включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океанами) до 80
км (горные системы) (рис. 1.1). Земная кора сложена горными породами. Доля
раз личных горных пород в земной коре неодинакова – более 70 % приходится
на базальты, граниты и другие магматические породы, около 17 % – на
преобразованные давлением и высокой температурой породы и лишь чуть
больше 12 % – на осадочные (табл. 1.1).
20
Земная кора – важнейший ресурс для человечества. Она содержит
горючие полезные ископаемые – уголь, нефть, горючие сланцы, рудные –
железо, алюминий, медь, олово и др., нерудные – фосфориты, апатиты и др.,
естественные строительные материалы – известняки, пески, гравий и др.
Таблица 1.1
Соотношение горных пород земной коры
Название горных пород
Процент от общего объема земной
коры, %
Магматические и метаморфические породы
Граниты, диориты, эффузивы
20,86
Кристаллические сланцы, гнейсы
16,91
Базальты, габбро, амфиболы
50,34
Осадочные породы
Глины и глинистые сланцы
4,48
Пески и песчаники
3,56
Карбонатные породы
3,57
Прочие породы
0,28
Гидросфера (греч. «гидор» – вода) – водная оболочка Земли. Ее
подразделяют на поверхностную и подземную.
Поверхностная гидросфера – водная оболочка поверхностной части
Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ,
болот, ледников, снежных покровов и др. Все эти воды постоянно или
временно располагаются на земной поверхности и носят название
поверхностных.
Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто
покрывает земную поверхность на 70,8 %.
Рис. 1.1. Схема строения литосферы
21
Подземная гидросфера – включает воды, находящиеся а верхней части
земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера
ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно,
так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры.
По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не
превышает 0,13 %, Основную часть гидросферы (96,53 %) составляет Мировой
океан (табл. 1.2). На долю подземных вод приходится 23,4 млн км2, или 1,69 %
от общего объема гидросферы, остальное – воды рек, озер и ледников.
Таблица 1.2
Распределение вод на Земле
Части гидросферы
Площадь
распространения,
тыс. км2
Мировой океан
361 300
Ледники
и
снега
16227
(полярные и горные
области)
Подземные воды
134 800
Подземные льды в
21000
зоне вечной мерзлоты
Озера
2058
Почвенная влага
Пары атмосферы
Болота
Речные воды
82 000
510000
2682
148 800
Объем воды,
тыс. км3
1 138 500
24064
Доля общих
мировых запасов
воды, %
96,53
1,74
23 400
300
1,69
0,023
176
16,5
12,9
11,4
2,1
0,014
Окончание таблицы 1.2
0,001
0,001
0,0007
0,0002
Более 98 % всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды
океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на Земле равен 28,25 млн км 3,
или около 2 % общего объема гидросферы. Основная часть пресных вод
сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На
долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения,
приходится 4,2 млн км3 воды, или всего лишь 0,3 % объема гидросферы.
Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды
нашей планеты. Весьма активно она влияет и на атмосферные процессы
(нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой, и т. д.).
Атмосфера (греч. «атмос» – пар) – газовая оболочка Земли, состоящая
из смеси различных газов, водяных паров и пыли (табл. 6.3 по Н. Реймерсу,
1990). Общая масса атмосферы – 5,15–1015 т. На высоте от 10 до 50 км, с
максимумом концентрации на высоте 20–25 км, расположен слой озона,
защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения,
гибельного для организмов.
Атмосфера физически, химически и механически воздействует на
22
литосферу, регулируя распределение тепла и влаги. Погода и климат на Земле
зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в
атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает
плотность воздуха и является источником всех осадков. Атмосфера
поддерживает различные формы жизни на Земле. Атмосфера состоит из
тропосферы, стратосферы, термосферы и мезосферы.
Таблица 1.3
Состав атмосферы
Элементы и газы
Азот
Кислород
Аргон
Неон
Гелий
Криптон
Водород
Углекислый газ
Содержание в нижних слоях атмосферы,
%
по объему
по массе
78,084
75,5
20,964
23,14
0,934
1,28
0,0018
0,0012
0,000524
0,00007
0,000114
0,0003
0,00005
0,000005
0,034
0,0466
Окончание таблицы 1.3
Водяной пар:
-в полярных широтах
-у экватора
Озон:
-в тропосфере
-в стратосфере
Метан
Окись азота
Окись углерода
0,2
2,6
-
0,000001
0,001–0,0001
0,00016
0,000001
0,000003
0,00009
0,0000003
0,0000078
В формировании природной среды Земли велика роль тропосферы
(нижний слой атмосферы до высоты 8– -10 км в полярных, 10–12 км в
умеренных и 1–618 км в тропических широтах) и в меньшей степени
стратосферы, области холодного разреженного сухого воздуха толщиной
примерно 20 км. Сквозь стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в
нее выбрасывается вулканическая пыль, а в прошлом и продукты ядерных
взрывов в атмосфере.
В тропосфере происходят глобальные вертикальные и горизонтальные
перемещения воздушных масс, во многом определяющие круговорот воды,
теплообмен, трансграничный перенос пылевых частиц и загрязнений.
23
Атмосферные процессы тесно связаны с процессами, происходящими в
литосфере и водной оболочке.
К атмосферным явлениям относят: осадки, облака, туман, грозу, гололед,
пыльную (песчаную) бурю, шквал, метель, изморозь, росу, иней, обледенение,
полярное сияние и др.
Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно взаимодействуют между
собой. Практически все поверхностные экзогенные геологические процессы
обусловлены этим взаимодействием и проходят, как правило, в биосфере.
1.3. Биосфера – глобальная экосистема земли
Биосфера (греч. bios – жизнь, sphairа – шар, сфера) – сложная наружная
оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности
живое вещество планеты; Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся
основным компонентом природной среды, окружающей человека.
Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю
гидросферу (гидробиосферу) – океаны, моря, поверхностные воды суши, а
также литосферу (литобиосферу) – верхние горизонты твердой земной
оболочки. В пределах биосферы выделяют: собственно биосферу, где живое
вещество локализовано постоянно (эубиосфера), а также расположенное выше
(парабиосфера) и ниже ее (метабиосфера). Общая протяженность эубиосферы
по вертикали ~ 12–17 км.
Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является так
называемым озоновым экраном (или слой).
Озоносфера – это слой атмосферы в пределах стратосферы,
расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющий
наибольшую плотность (концентрацию молекул) озона на высоте 22–26 км.
Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7–8 км, у экватора 17–
18 км, а максимальная высота присутствия озона 45–50 км. Выше озонового
слоя
существование
жизни
невозможно
из-за
из-за
жесткого
ультрафиолетового излучения.
Нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и
верхние горизонты литосферы (например, каменный уголь). Общая мощность
биосферы 33–35 км.
Биотические компоненты биосферы включают растения (фитосфера),
животных (зоосфера) и микроорганизмы (микробиосфера). К биосфере
относится человеческое общество.
Более 99 % всего вещества в верхних слоях литосферы
трансформировано живыми организмами, Ясно, что для осуществления такой
работы организмы должны обладать огромной энергией и биомассой,
суммарная величина которой оценивается примерно 4,4· 1012 т.
Взаимодействие абиотической части биосферы – воздуха, воды и горных
пород и органического вещества – биоты обусловило формирование почв и
осадочных пород. Последние, по В.И.Вернадскому, несут на себе следы
24
деятельности древних биосфер, существовавших в прошлые геологические
эпохи.
Важнейшими особенностями биосферы является ее организованность и
устойчивое динамическое равновесие. Например, можно говорить о
термодинамическом уровне организованности биосферы, выражающегося в
наличие двух взаимосвязанных “слоев”: верхнем освещенном (фотобиосфера),
где существуют фотосинтезирующие организмы, и нижнем почвенном
(автобиосфера), где расположена зона подземной жизни. Термодинамический
уровень организованности биосферы проявляется в специфике градиентов
температуры в гидросфере, атмосфере и литосфере. Выделяют также
физический, или агрегатный уровень организованности, т.е. наличие разных
фазовых состояний вещества (твердого, жидкого или газообразного).
На химическом уровне организованности гидросферы, атмосферы и
литосферы рассматриваются как сложные химические тела.
Абиотическая часть биосферы представлена: 1) почвой и
подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые
организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой
норового пространства; 2) атмосферным воздухом до высот, на которых
возможны еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т.п.
Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов,
осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может
существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы
осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и
размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы
(рис. 1.2).
Рис. 1.2 Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы
В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два
биохимических принципа:
– стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;
– обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную
миграцию.
Эти закономерности проявляются прежде всего в стремлении живых
25
организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни
пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет
границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера. Один из
вариантов границ биосферы приведен на рис. 1.3.
При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы,
особое значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой
общей живой массе планеты.
Под живым веществом В.И.Вернадский понимал все количество живых
организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает
единство природы – он состоит из тех же элементов, что неживая природа,
только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное.
Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер
Земли.
По подсчетам ученых, его масса составляет 2420 млрд. т, что более чем в
две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли — атмосферы. Но
эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду — в
настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных
оледенений и в кратерах действующих вулканов
«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным возможностям и
масштабу приспособляемости организмов, которые постепенно, захватив моря
и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В. И. Вернадский считал, что этот
захват продолжается.
26
Рис. 1.3. Распределение живых организмов в биосфере:
1 – озоновый слой; 2 – граница снегов; 3 – почва; 4 – животные обитающие в
пещерах; 5 – бактерии в нефтяных водах (высота и глубина даны в метрах)
На рис. 1.3 наглядно показаны границы биосферы – от высот атмосферы,
где царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает
12 тыс. атм. Это стало возможным потому, что пределы толерантности
температур у различных организмов – от абсолютного нуля до 180 °С, а
некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон
химических условий среды для ряда организмов – от жизни в уксусе до жизни
под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных
реакторов). Более того, выносливость некоторых живых существ по
отношению к отдельным факторам выходит даже за пределы биосферы, т. е. у
них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможности
к распространению.
1.4. Происхождение и эволюция биосферы
Первым этапом эволюции биосферы было возникновение жизни из
неживой материи. Этому предшествовало образование простых органических
соединений метана, аммиака, водорода в условиях высоких температур,
повышенной вулканической деятельности, солнечного излучения. I – этап –
это химический этап эволюции. Первыми органическими соединениями были
аминокислоты (HCN + альдегиды + аммиак). Одновременно происходило
образование простых сахаров (рибозы, дизоксирибозы). В водной среде
образовались основные компоненты нуклеиновых кислот (ДНК, РНК).
27
Рис. 1.4. Основные компоненты первичной материи Земли
Рибоза и дизоксирибоза в сочетании с основаниями нуклеиновых кислот
(аденин, гуанин, цитозин, тимин) образовывали нуклеозиды, а последнее в
свою очередь в сочетании с фосфатами - нуклеотиды.
Следующий этап химической эволюции - полимеризация малых молекул
в более крупные, т.е. образование белков. При отдельных молекулах
аминокислот происходит выделение воды (дегидратация). Этот процесс
осуществляется в условиях высыхающих лагун на морском иле под действием
солнечных лучей.
Биологическая эволюция началась с образования клеток, а далее
одноклеточных организмов.
Первые остатки жизни найдены в слоях литосферы, образовавшихся
около 3 млрд. лет назад - на заре архейской эры. Дальнейшее усложнение
жизни связано с многоклеточностью. Гипотеза ее происхождения –
колониальная. Клетка делится на дочерние и т.д. Человеческое общество –
один из последовательных этапов биогенеза, т.е. развития жизни на земле.
Биосфера является единственным местом обитания человека и других
живых организмов. Исходя из этого закон незаменимости биосферы звучит
так: биосфера – это единственная система, обеспечивающая
устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет
никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ,
обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени,
что и естественные сообщества
28
Из этого закона следует, что конечная задача охраны окружающей
природы – это сохранение биосферы как естественного и единственного места
обитания человеческих обществ.
В отличие от биогенеза, данный этап эволюции биосферы
рассматривают в качестве этапа разумного развития, т.е. коогенеза (коосразум), а биосфера как ноосфера. (Понятие ноосфера введено в прошлом веке
французским ученым Ле Руа, а далее Тейяр де Шардским). Под этим термином
они понимают особую оболочку земли, включающую общество с индустрией,
языком, хозяйственной деятельностью, религией и всеми иными атрибутами.
ноосфера рассматривалась в качестве «некоего мыслящего пласта»,
развивающегося над биосферой, вне ее.
Закон ноосферы по Вернадскому имеет следующую форму: биосфера
неизбежно превратится в ноосферу, т.е. в сферу, где разум человека будет
играть доминирующую роль в развитии системы «человек – природа».
ГЛАВА 2 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Экологический фактор – это любой элемент окружающей среды,
способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм,
хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, или любое условие
среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями.
Окружающая среда характеризуется огромным разнообразием
экологических факторов, в том числе пока не известных. Каждый животный
организм в течение своей жизни находится под воздействием множества
экологических факторов, различающихся происхождением, качеством,
количеством, временем воздействия, режимом. Т.о. окружающая среда – это,
фактически, набор воздействующих на организм экологических факторов.
2.1. Классификация экологических факторов
Все экологические факторы, в общем случае, могут быть сгруппированы
в две крупные категории: факторы неживой или костной природы –
абиотические или абиогенные, и факторы живой природы – биотические или
биогенные. Но по своему происхождению обе группы могут быть как
природными, так и антропогенными.
Экологические
факторы
29
Косной природы
(абиотические
абиогенные)
Природные
Живой природы
(биотические
биогенные)
Антропогенные
Природные
Физические
(климатические,
космические, почвенные,
орфографические),
(компоненты
воды,
воздуха,
почвы,
кислотность, примеси и
др.
Антропогенные
Зоогенные (воздействия
животных)
Фитогенные
(воздействия растений)
Микробиогенные
(воздействия микробов)
По своему происхождению обе группы могут быть как природными, так
и антропогенными, т.е. связанными с влиянием человека. Человек в своей
деятельности не только меняет режимы природных экологических факторов,
но и создает новые, например, синтезируя новые химические соединения –
ядохимикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы и др. В числе
факторов неживой природы присутствуют физические (космические,
климатические, орографические, почвенные) и химические (компоненты
воздуха, воды, почвы их кислотность и иные химические свойства, примеси
промышленного происхождения). К биотическим факторам относятся
зоогенные (влияние животных), фитогенные (влияние растений),
микробиогенные (влияние микроорганизмов).
2.1.1. Абиотические факторы.
1. Космические факторы
Биосфера, как Среда обитания живых организмов, не изолирована от
сложных процессов, протекающих в космическом пространстве. На землю
попадает космическая пыль, метеоритное вещество, земля периодически
сталкивается с астероидами, сближается с кометами. Наша планета наиболее
тесно связана с Солнцем – с солнечной активностью. Суть этого явления
состоит в превращении энергии, накапливающейся в магнитных полях Солнца,
в энергию движения газовых масс быстрых частиц, коротковолнового
солнечного излучения. Солнечная активность влияет на ряд жизненных
процессов на Земле: от возникновения эпидемий и всплесков в рождаемости
до крупных климатических преобразований.
Под действием электромагнитного коротковолнового солнечного
излучения происходит образование озонной оболочки – в частности
30
озоносферы:
O2 + рV  O + O
O + O2  O3 + M
Из других космических факторов следует назвать корпускулярное
излучение солнца. Солнечная корона, состоящая, в основном из
ионизированных атомов водорода с примесью гелия, непрерывно
расширяется. Покидая корону, этот поток водородной плазмы
распространяется в радиальном направлении и достигает земли. Так
называемый солнечный ветер обтекает землю и взаимодействует с
электромагнитным полем земли (магнитные бури). В настоящее время
накоплен большой опыт, иллюстрирующий влияние космических факторов на
биосферные процессы. В частности, установлена корреляция вариаций
солнечной активности с динамикой нервной и сердечно-сосудистой систем
человека, а также наследственных, онкологических, инфекционных и др.
Абиотические факторы включают совокупность климатических и
почвенно-грунтовых условий.
Лучистая энергия Солнца – в виде электромагнитных волн. Около 99 %
ее составляют лучи с длиной волны 170–4000 нм., в том числе 48 %
приходится на видимую часть спектра с длиной волны 400–760 нм, а 45 % на
инфракрасную (750 нм10-3м) и 7% – на ультрафиолетовую (менее 400 нм). В
процессах фотосинтеза наиболее важную роль играет фотосинтетически
активная радиация (380–710нм).
Количество энергии солнечного излучения, поступающего к земле (к
верхней границе атмосферы) практически постоянно и составляет 211018
Дж/мин.,
что соответствует 8,3 Дж/(см2 мин) – эта величина называется
солнечной постоянной.
Проходя через атмосферу, солнечное излучение рассеивается на
молекулы газов, на взвешенных примесях (твердых и жидких), поглощается
водяными парами, озоном, диоксидом углерода, пылевидными частицами.
Общий приход тепла к поверхности земли зависит от суммы прямого и
рассеянного излучения, которая увеличивается от полюсов к экватору. В
полюсах 46105 Дж/год, в тропическом широтах до 116–112105 Дж/год.
Энергия солнечного излучения не только поглощается, но и отражается в
виде потока длинноволнового излучения. Снежная поверхность больше
отражает, более темные хуже, чернозем – 5–14 %, светлый песок – 35–40, снег
– 80–95 %. Отношение отражаемого поверхностью потока к поступившему
называется альбедо.
Антропогенная деятельность существенно влияет на климатические
факторы, изменяя их режим. Так массовые выбросы в атмосферу твердых и
жидких частиц от промышленных предприятий могут резко изменить режим
рассеивания солнечного излучения в атмосфере и уменьшить приход теплоты
к поверхности Земли. Уничтожение лесов и иной растительности, создание
крупных водохранилищ на территориях суши увеличивает отражение энергии,
31
а загрязнение пылью, например, снега и льда – наоборот, увеличивает
поглощение, что приводит к интенсивному таянию. Глобальные последствия
антропогенной деятельности человека могут привести к двум гипотетическим
явлениям: парниковому эффекту и ядерной зимы.
Суть парникового эффекта состоит в следующем: солнечные лучи
проникают сквозь атмосферу к поверхности земли, однако накопление в
атмосфере диоксида углерода, оксидов азота, фторхлоруглеводородов
приводит к тому, что тепловое длинноволновое отражение земли поглощается
атмосферой, что приводит к накоплению избыточной теплоты в приземном
слое воздуха, т.е. нарушается тепловой баланс планеты. Прогнозируется, что
если содержание СО2 возрастает даже на незначительное количество (от 0,034
до 0,045 %), то температура воздуха паднимется на 1,0–1,50С. В настоящее
время ежегодное возрастание содержания СО2 составляет 1–2 части на
миллион. Такая ситуация, как считают ученые, может привести уже в первой
половине нашего века к катастрофическим изменениям климата, в частности к
массовому таянию ледников и подъему уровня мирового океана.
Ядерная зима считается возможным следствием ядерных войн. В
результате ядерных взрывов, и неизбежных после них пожаров тропосфера
окажется насыщенной твердыми частицами пыли и пепла. Земля окажется
закрытой (экранированной) от солнечных лучей в течение многих недель и
месяцев, т.е. наступит так называемая «ядерная ночь». Одновременно в
результате образования оксидов азота произойдет разрушение озонового слоя,
сильное понижение температуры, массовая гибель всего живого от голода и
холода. А те организмы, которые сумеют выжить до восстановления
прозрачности атмосферы для проникновения солнечных лучей окажутся под
воздействием жесткой ультрафиолетовой радиации. Например, в 1983 г.
Произошло сильнейшее извержение вулкана Каратау. В атмосферу были
выброшены многие миллионы тонн массы пепла, которые в течение
нескольких лет оставались взвешенными в атмосфере, подвергались
глобальному переносу с воздушными массами. В результате в течение трех лет
после извержения наблюдалось некоторое похолодание глобального климата.
2. Осадки
Атмосферные осадки – это вода в жидком или твердом состоянии,
выпадающая на земную поверхность из облаков и осаждающая
непосредственно из воздуха вследствие сгущения водяного пара. Из облаков
могут выпадать дождь, снег, морось, ледяной дождь, снежные зерна, ледяная
крупа град. Количество выпавших осадков измеряется толщиной слоя
выпавшей воды в миллиметрах.
Осадки тесно связаны с влажностью воздуха и представляют собой
результат конденсации водяных паров.
Вследствие конденсации в приземном слое воздуха образуются росы,
туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги.
Конденсация и кристаллизация паров воды в более высоких слоях атмосферы
образуют облака различной структуры и являются причиной атмосферных
32
осадков. Осадки важнейшее звено в круговороте воды на Земле, причем в
разных широтах количество резко колеблется. Выделяют влажные (гумидные)
и сухие (аридные) зоны земного шара. Максимальное количество осадков
выпадает в зоне тропических лесов (до 2000 мм /год), в то время как в аридных
зонах – 0,18 мм/год.
Атмосферные осадки – важнейший фактор, определяющий процессы
загрязнения природной среды. Так, многие загрязняющие вещества, диоксид
серы и окислы азота соприкасаясь с туманом или влагой воздуха приводят к
образованию так называемых кислых дождей. Твердые примеси могут
служить ядрами конденсации влаги.
3. Движение воздушных масс (ветер)
Причиной образования ветровых потоков и перемещения воздушных
масс неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, связанный с
перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего
давления, но и вращение земли влияет на циркуляцию воздушных масс в
глобальном масштабе. В приземном слое воздуха движение воздушных масс
оказывает влияние на все метереологические факторы окружающей среды, т.е.
на климат, включая режимы температуры, влажности, испарения с
поверхности суши и моря, а также транспирацию растений.
Ветровые потоки – важнейший фактор переноса, рассеивания и
выпадания загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от
промышленных предприятий, теплоэнергии и транспорта.
4. Давление атмосферы
Нормальным давлением принято считать 101,3 КПа (760 мм рт.ст.).
Существуют постоянные области высокого и низкого давления. Наблюдаются
сезонные и суточные минимумы и максимумы в одних и тех же точках.
Различают морской и континентальный типы атмосферного давления.
Периодически возникающие области низкого давления характеризуются
мощными потоками воздуха, движущегося по спирали к центру, которые
носят название циклонов. Циклоны связаны с неустойчивой погодой и
большим количеством осадков. Антициклоны характеризуются устойчивой
погодой, низкими скоростями ветра. При антициклонах могут возникать
неблагоприятные, с точки зрения переноса и рассеивания примесей,
метеорологические условия.
2.1.2. Абиотические факторы почвенного покрова
Почва – продукт физического, химического и биологического
преобразований горных пород, является трехфазовой средой, содержащей
твердые, жидкие и газообразные компоненты.
Она формируется в результате сложных взаимодействий климата,
растений, животных, микроорганизмов и рассматривается как биокосное тело,
содержащее живые и неживые компоненты. Самый верхний горизонт,
содержащий продукты перегнивания органики, является наиболее
33
плодородным. Он называется гумусовым или перегнойным. В химический
состав гумуса входят свободные ульминовые и гуминовые кислоты и их соли
на основе кальция, железа и алюминия (гуматы, ульматы). Толщина гумуса
10–15 см.
Ниже гумусового слоя мало плодородный белесый слой толщиной 10–12
см. Питательные вещества вымыты из него водой или кислотами, и называют
его – эллювиальным. Далее расположен горизонт вмывания или
иллювиальный, где накапливаются вымытые из выше лежащих горизонтов
минеральные и органические соединения. Он имеет плотную структуру,
обычно темную окраску. Далее лежит материнская порода.
Свыше 50 % минерального состава почвы образовано кремнеземом
(SI2O3), 1–25 % – глинозем (AL2O3), 1–10 % – на оксиды железа (Fе2O3), 0,1–
5,0 – оксиды магния, калия, фосфора, кальция. Органические вещества,
поступающие в почву с мертвыми тканями организмов включают углеводы
(лигнины, целлюлозу, гемицеллюлозу), белковые вещества (протеины), жиры
(липиды), а также вещества в виде воска, смолы дубильные вещества.
Органические остатки в почве минерализуются с образованием более простых
(воды, СО2, аммиака и др.) или более сложных соединений, например, гумуса.
Орографические факторы (геоморфологические)
Геоморфология – наука о рельефе. Рельеф местности оказывает влияние
на процессы почвообразования, причем почвы на склонах особенно ранимы и
уничтожение растительности, усиленная пвстьба скота вызывают разрушение
почв (эрозию).
Рельеф местности является одним из важнейших факторов от которых
зависит перенос, рассеивание и накопление вредных примесей в атмосферном
воздухе. Расположенные в низинах населенные пункты в зонах рассеивания
промышленных выбросов подвергаются сильному застойному загрязнению, а
растительность - угнетению, вплоть до гибели.
Различают самые крупные формы рельефа, связанные с процессами
горообразования (макрорельеф); высотою 1–10 м – мезорельеф, и мелкие –
микрорельеф. Вытянутые рельефы (ущелья и каньоны) образуют своего рода
«трубы» через которые вредные примеси могут переносится на десятки
километров.
Почвы – важнейший компонент биосферы, оказывающий наряду с
Мировым океаном решающее влияние на всю глобальную экосистему в целом.
Именно почвы обеспечивают питание биогенными веществами растения,
которые кормят весь мир гетеротрофов. Почвы на Земле разнообразны и их
плодородие тоже разное.
Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его накопление, как
и мощность почвенных горизонтов, зависит от климатических условий и
рельефа местности. Наиболее богаты гумусом степные почвы, где
гумификация идет быстро, а минерализация медленно. Наименее богаты
гумусом лесные почвы, где минерализация по скорости опережает
гумификацию.
34
Выделяют по различным признакам множество типов почв. Под типом
почв понимается большая группа почв, формирующихся в однородных
условиях и характеризующаяся определенным почвенным профилем и
направленностью почвообразования.
Поскольку важнейшим почвообразующим фактором является климат,
то, в значительной мере, генетические типы почв совпадают с географической
зональностью: арктические и тундровые почвы, под золистые почвы,
черноземы, каштановые, серо-бурые почвы и сероземы, красноземы и
желтоземы. Распространение основных типов почв на земном шаре показано
на рис. 2.1.
Время формирования почв зависит от интенсивности гумификации.
Скорость накопления гумуса в почвах можно определить в единицах,
измеряющих мощность (толщину) гумусового слоя по отношению к времени
их формирования, например, в мм/год. Такие цифры приводятся в табл. 2.1.
ная скорость накопления гумуса и мощность гумусового горизонта, можно
рассчитать возраст различных типов почв (Геннадиев, 1987). На Русской
равнине черноземы образовались за 2500–3000 лет, серые и бурые лесные
почвы — за 800–1000 лет, подзолистые – примерно за 1500 лет. Скорость
образования почв зависит и от типа материнской породы – на гранитах во
влажном тропическом климате для образования настоящей почвы надо 20 000
лет.
Рис 2.1. Схематическая карта зональных типов почв мира
1 – тундра; 2 – подзола; 3 – серо-бурые подзолистые почвы, бурые лесные
почвы и т.д.; 4 – латеритные почвы; 5–почваы прерий и деградированные
черноземы; 6 – черноземы; 7 – каштановые и бурые почвы; 8 – сероземы и
пустынные почвы; 9 – почвы гор и горных долин; 10 – ледяной покров
Эти данные позволяют количественно оценивать допустимый смыв при
интенсивном
антропогенном
воздействии.
Одновременно
они
свидетельствуют, как легко можно разрушить эту тонкую «коричневую
пленку», и сколько нужно времени, не считая затрат, чтобы восстановить
35
утраченное.
Таблица 2.1
Скорость формирования гумусового горизонта почв Русской равнины
Группа почв
Горно-луговые, горные лесо-луговые
Торфяно-глеевые, болотно-подзолистые
Дерново-карбонатные, оподзоленные
Черноземы оподзоленные, типичные
Серые лесные, черноземы обыкновенные
Черноземы южные, темно-каштановые,
подзолистые
Подзолы и типичные подзолистые
Солонцы, светло-каштановые
Скорость, мм / год
0,80–1,00
0,50–0,80
0,45–0,50
0,40–0,45
0,35–0,40
дерново0,20–0,30
0,10–0,20
менее 0,10
Почва является граничным слоем между атмосферой и биосферной
частью литосферы. В нем наблюдается не просто смешение живого и
неживого компонентов природы, но и их взаимодействие в рамках почвенной
экосистемы. Главное назначение этой экосистемы – обеспечение круговорота
веществ в биосфере.
2.1.3. Абиотические факторы водной cреды
Водные объекты занимают преобладающую часть всей биосферы земли.
Из общей площади ее поверхности, равной 510 млн км2, на долю мирового
океана приходится 361 млн км2 (71 %).
Океан – главный акцептор и аккумулятор солнечной энергии, т.к. вода
обладает высокой теплоемкостью.
К экологическим факторам водной cреды относятся:
1. Подвижность, т.е. постоянное перемещение и перемешивание водных
масс в пространстве, способствует поддержанию относительной гомогенности
их физических и химических характеристик.
2. Температурная стратификация – это изменение температуры воды по
глубине водного объекта. В летний период поверхностные воды греются
сильнее, чем глубинные. Между холодным теплым слоем образуется
промежуточная зона с резким градиентом температуры, которую называют
термоклиной. Температурная стратификация воды оказывает решающее
влияние на размещение в воде живых организмов и на перенос и рассеивание
примесей, поступающих от предприятий промышленности, сельского
хозяйства и быта.
36
3. Прозрачность – определяет проникновение в ее толщу солнечного
света и световой режим. От прозрачности зависит фотосинтез фитопланктона,
высших водных растений и накопление биомассы, которое возможно лишь в
пределах так называемой эвфотической (эв–пере, сверх; фотос – свет) зоны,
т.е. в освещенной толще воды, где процессы фотосинтеза преобладают над
процессами дыхания.
4. Мутность – связана с содержанием в воде взвешенных веществ, с
природными и антропогенными источниками.
5. Соленость является важнейшим фактором для обитающих в воде
организмов. Соленость связана с содержанием в воде растворенных
карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах их содержание невелико.
Воды открытого моря содержат в среднем 35 г/л солей, Черного моря – 19,
Каспийский – 13, Мертвого – 260 г/л с преобладанием хлоридов кальция,
калия, натрия, магния.
6. Растворенные газы являются важной характеристикой воды. О2 и
СО2 – от них зависит фотосинтез и дыхание водообитаемых организмов.
Недостаток кислорода ведет к загневанию воды, избытку мертвой органики
(или процесс эвтрофирования).
7. Кислотность
Распространение и жизнедеятельность организмов в воде зависит от
кислотности среды. Каждый вид водного организма адаптирован к
определенному значению РН: одни предпочитают кислую среду, другие –
щелочную, третьи – нейтральную. Промышленность, сельское хозяйство и
бытовые стоки могут существенно изменить РН среды, что приводит к гибели
одних обитателей и перезаселение других, т.е. разрушается природный баланс.
2.1.4. Биотические факторы
Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности
одних организмов на другие. Биотические факторы можно разделить на
прямые и опосредственные. Прямые заключаются в непосредственных связях
по линии трофики (питания): животные получают энергию для своей
жизнедеятельности, поедая растения и других животных. В свою очередь,
поедаемые животные (жертвы) служат источником энергии для хищников.
Взаимодействия в системах жертва-хищник или хозяин-паразит в итоге
обеспечивают естественный отбор и выживание наиболее приспособленных,
определяют динамику численности популяций.
Опосредственные взаимодействия заключаются в том, что одни
организмы являются средообразователями по отношению к другим, например
растения – фотосинтетики (леса) обладают глобальной средообразующей
функцией. В условиях лесной зоны создается своеобразный микроклимат,
который зависит от морфологических особенностей деревьев и позволяет
обитать именно здесь специфическим лесным животным, травянистым
37
растениям, мхам и др.
В ковыльных степях другие условия жизни. Одновременно растения
служат непосредственным местом обитания для других организмов.
Например, в тканях дерева развиваются многие грибы, множество насекомых
и др.
Взаимодействие между организмами классифицируют с точки зрения их
взаимных реакций.
Различают гомотипические реакции – взаимодействие между особями и
группами особей одного и того же вида, и гетеротипические –
взаимодействия между представителями разных видов.
Среди животных существуют виды, способные питаться только одним
видом пищи – монофаги, более широкий круг пищи – олигофаги, многие виды
пищи: и растения, и животные – полифаги.
Наиболее распространенные типы гетеротипических взаимодействий
междуживотными – хищничество, непосредственное преследование и
поедание одних видов другими, например насекомых – птицами, травоядных
копытных – плотоядными хищниками, мельких рыб – более крупными и т.д.
Другой тип – паразитизм. Организм паразит постоянно обитает на
поверхности или внутри тела другого животного или растения (хозяина) и
живет за счет его питательных веществ.
Все живые существа рано или поздно умирают. Мертвые останки
животных и растений называют детритом. Детритом питаются, используя его
как источник органического вещества и энергии, многочисленные живые
существа (это и микроорганизмы, и различные насекомые и черви, и гиены, и
орлы, и стервятники, и вороны и многие другие). Для них существует
собирательное наименование – детритофаги.
Особую группу составляют редуценты. Это, по существу, особые формы
детритофагов – микроорганизмы и грибы, разрушающие детрит,
превращающие его в диоксид углерода и воду, завершающие
Из других форм взаимодействия: опыление растений животными,
насекомыми, форезию – например, перенос семян птицами, комменсализм
(сотрапезничество) – когда одни организмы питаются остатками пищи или
выделениями других; синойкию (сожительство) – использование одними
животными мест обитания (нор, гнезд) других животных; нейтрализм –
взаимонезависимость разных видов, обитающих на общей территории.
2.1.5. Общие закономерности взаимодействия организмов
и экологических факторов
Любой экологический фактор динамичен, изменчив во времени и
пространстве.
Смена зимы и лета, температурные колебания в течение суток,
освещенность, влажность, силы ветра и т.п., все это – природные колебания
экологических факторов.
38
Каждому живому организму требуются строго определенные уровни,
количества или дозы экологических факторов, а также определенные пределы
их колебаний. Если режимы всех экологических факторов соответствуют
наследственно закрепленным требованиям организма (т.е. его генотипу), то он
способен выживать и давать жизнеспособное потомство. Тот или иной вид
организма устойчив к экологическим факторам определенной географической
зоны, в пределах которой он может обитать – эта зона называется ареалом.
Живой организм в природных условиях одновременно подвергается
воздействию со стороны не одного, а многих экологических факторов – как
биотических, так и абиотических, причем каждый фактор требуется организму
в определенных количествах или дозах. Например, растения нуждаются в
значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий)
или в меньших количествах бора, молибдена. Но незначительный недостаток
каждого элемента отрицательно сказывается на состоянии организма.
Немецкий ученый Юстус Либих (1803–1873) сформулировал теорию
минерального питания растений. Он установил, что развитие растений зависят
не от тех химических элементов или факторов, которые присутствуют в почве
в достаточных количествах, а от тех, которых не хватает. Например,
достаточное для растения содержание азота или фосфора в почве не может
компенсировать недостаток железа, бора или калия. Если любого (хотя бы
одного из элементов) питания в почве меньше, чем требуется данному
растению, то он будет развиваться ненормально, замедленно или иметь
патологическое отклонение. Либих свои исследования сформулировал в виде
закона минимума. Закон Либиха – одно из основополагающих законов
экологии.
Вначале нашего века Шельфорд показал, что вещество, присутствующий
не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым уровнем,
может привести к нежелательным последствиям для организма. Например,
незначительный избыток ртути вызывает болезнь Минамата, избыток кадмия –
разрушает кости. Дифицит влаги в почве делает бесполезными
присутствующие в ней питательные вещества, а избыток влаги также ведет к
аналогичным последствиям вследсвие «задыхания» корней, закисания почвы,
возникновения анаэробных процессов
39
Рис.2.3. Определение толерантности растений
Если поместим какое-либо животное или растение в экспериментальную
камеру и начнем изменять температуру в ту или другую сторону, то определим
при каких положительных или отрицательных температурах организм
перестает жить. При этом выявится некоторый наилучший (оптимальный) для
организма уровень данного фактора (Топт), при котором его активность (А)
будет максимальной (рис.). Но если режимы фактора будут отклоняться от
оптимума в ту или иную (большую или меньшую сторону), то активность
будет снижаться. При достижении некоторого максимального или
минимального значения фактор станет несовместимым с жизненными
процессами. В организме произойдут изменения, вызывающие его смерть. Эти
уровни, таким образом окажутся смертельными или летальными (Тлет. и Т/ лет).
Аналогичные результаты можно получить в экспериментахс изменением
влажности, содержания различных солей в воде, кислотности, концентрации
загрязняющих веществ и др. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при
которойорганизм может сохранять жизнеспособность, тем выше его
устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному фактору (от лат.
толеранция – терпение). Отсюда слово «толерантный» переводят как
устойчивый, терпимый, а толерантность можно определить как способность
организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных
для его жизнедеятельности значений. Отсюда закон толерантности Шелфорда
звучит так:
Любой живой организм имеет определенные, эволюционно
унаследованные
верхний
и
нижний
пределы
устойчивости
(толерантности) к любому экологическому фактору.
40
Рис.2.2. Воздействие экологического фактора на организм
Загрязняющие вещества – обычные экологические факторы и их
действие на организм человека подчиняется закону лимитирующего фактора
(рис. 2.2) Величина фактора обозначается символов С (концентрация). При
значительных Слет и С/лет – человек погибнет, но необратимые изменения
происходят при гораздо меньших значениях: Слим и С/лим, и истинный диапазон
толерантности определяется именно этими значениями, и фактическая
концентрация Сфакт загрязняющего вещества не должно превышать Слим, т.е.
Сфакт  Слим , или Слим ПДК
Таким образом, Слим одновременно является пороговой концентрацией
Спор. И максимально допустимой Смакс.для организма человека. В охране
окружающей среде Слим имеет смысл предельно допустимой концентрации
ПДК. Из сказанного вытекает первое правило охраны окружающей среды:
Охранять окружающую среду означает обеспечивать состав и
режимы
экологических
факторов
в
пределах
унаследованной
толерантности живого (в первую очередь – человеческого) организма, т.е
управлять ею так, чтобы ни один фактор не оказывался лимитирующим
по отношению к организму.
2.2. Экологическая ниша организма
Любой вид адаптирован к строго определенным условиям (факторам)
окружающей среды. Выход режима хотя бы одного из множества факторов за
пределы толерантности организма вызывает его пессимальное состояние.
41
Унаследованные от предков генетические требования организма к составу и
режимам экологических факторов определяют границы распространения этого
вида, к которому этот организм принадлежит, т.е. ареалу, а в пределах ареала –
конкретные места обитания. Так клюква растет в болотах, а брусника и
черника на более сухих местах; рыба в воде, жираф в жарких пустынях, белый
медведь в полярных льдах.
Иначе говоря, любой вид животного, растения, микроба способен
нормально обитать, питаться, размножаться только в том месте, где его
прописала эволюция за многие тысячелетия, или, другими словами, каждый
вид живого организма занимает в природе свою, только ему присущую
экологическую нишу.
Экологическая ниша организма – это совокупность всех его
требований к условиям среды (составу и режимам экологических
факторов) и место, где эти требования удовлетворяются, или вся
совокупность множества биологических характеристик и физических
параметров среды, определяющих условия существования того или иного
вида, преобразование им энергии, обмен информацией со средой и себе
подобными.
Каждый вид имеет свою, только ему присущую экологическую нишу,
т.е. сколько на Земле видов живых организмов, столько и экологических ниш.
Два разных вида, даже очень близких, не могут занимать одну экологическую
нишу в пространстве.
Экологическая ниша человека
Человек – один из представителей царства животных, биологический
вид класса млекопитающих. Несмотря на то, что ему присущи многие
специфические свойства (разум, членораздельная речь, трудовая деятельность,
биосоциальность и др.) он не утратил своей биологической сущности и все
законы биологии справедливы для него в той же мере, в какой и для других
живых организмов. Человек имеет свою, только ему присущую экологическую
нишу.
Как биологический вид, человек может обитать только в пределах суши
экваториального пояса (тропики, субтропики), где возникло семейство
гоминид. По вертикали ниша простирается примерно на 3,0–3,5 км над
уровнем моря.
Человек разумный расширил границы своего начального ареала,
расселился в высоких, средних и низких широтах, освоил глубины океана и
космическое пространство. Однако он расширил свою нишу не путем
адаптации, а путем применения специальных приспособлений (отапливаемое
жилище, теплая одежда, кислородные приборы и т.д.)
В условиях промышленных предприятий многие факторы (шум,
вибрация, температура, электромагнитные поля, примеси ряда веществ в
воздухе) находятся очень часто за пределами толерантности человеческого
организма. Это отрицательно сказывается на его здоровье и способствует
возникновению различных заболеваний. Производственно хозяйственная
42
деятельность человека, использование и переработка природных ресурсов
неизбежно приводят к образованию побочных продуктов, рассеиваемых в
окружающей среде.
Попадающие в воду, почву, атмосферу и пищу химические соединения
являются экологическими факторами, а следовательно, элементами
экологической ниши. По отношению к ним устойчивость человеческого
организма мала, и такие вещества оказываются лимитирующими факторами,
разрушающими нишу. Из сказанного вытекает второе основное правило
охраны окружающей cреды с экологической позиции.
Охрана здоровья и окружающей cреды состоит в системе
мероприятий по сохранению экологических ниш живых организмов,
включая человека.
Таким образом, либо ниша человека будет сохранена для настоящего и
будущих поколений, либо человек, как биологический вид, обречен на
исчезновение.
2.3. Экологическая или жизненная форма
Окружающая среда формирует морфологические, физиологические,
поведенческие признаки организмов (фенотип). Поэтому, виды, обитающие в
сходных условиях среды, обладают сходной приспособленностью к этим
условиям, даже если они относятся к разным категориям в классификации
животного и растительного мира. В экологии существует классификация
именно с этой точки зрения, и экологическая ниша отражает понятие как бы
жизненной формы.
Под жизненной формой вида – понимают исторически сложившийся
комплекс его биологических, физиологических и морфологических свойств,
обуславливающих определенную реакцию на воздействие окружающей cреды.
Классификация организмов с точки зрения их жизненных форм
существует множество. Например, всех беспозвоночных
(насекомых,
паукообразных) можно разделить на открыто-живущих (экзобионты) и
скрытно-живущих (эндобионты). Среди них можно выделить геобионты
(почва), герпетобионтов (на поверхности почвы), хортобионтов (травяной
покров), тамнобионтов (в кустарника), дендробионтов (древесные растения),
гидробионты (водная cреда).
Гидробионты классифицируются следующим образом:
- Бентос (глубина) – данные организмы, обитающие в толще данного
осадка.
- Перифитон (пери-вокруг, фитон-растения) – животные и растения,
прикрепленные к стеблям высших растений и поднимающиеся над дном
(моллюски, коловратки, гидры и др.).
- Планктон (планктос-парящий) – плавающие организмы, способные
совершать вертикальные и горизонтальные перемещения преимущественно в
соответствии с движением водных масс.
43
- Нектон (плавающий) – самостоятельно плавающие организмы
способные к самостоятельному вертикальному и горизонтальному
перемещению (рыбы, амфибии, крупные водные насекомые, ракообразные).
Нейстон (способный плавать) – совокупность морских и пресноводных
организмов, котрые обитают у поверхности воды (личинки, комары, клопы,
водомерки и некоторые растения (например, ряска)).
Экологическая форма – это отражение приспособленности самых
различных в систематическом отношении организмов к отдельным
экологическим факторам, выступающим в процессе эволюции в качестве
лимитирующих. Например, деление растений на гидрофиты (влаголюбивые) и
мезофиты (средние требования к влаге) и ксерофиты (сухолюбивые) отражает
отношение к конкретному экологическому фактору – влаге.
В природных условиях экологические факторы изменяются во времени и
пространстве, и в ряде случаев их уровни могут выходить за пределы нормы.
При этом определенный фактор может оказаться летальной для наименее
устойчивой части организмов из данной группы. Поэтому все живые
организмы, для того чтобы выжить, дать потомство должны существовать в
виде группировок, которые называются популяциями.
Географическая популяция – эта группа особей одного вида, населяющая
территорию с однородными условиями существования.
Экологическая популяция – группа разнополых, половозрелых и
равноценных в отношении полового отбора особей, находящихся в таких
условиях, где любые две особи могут с равной вероятностью скреститься друг
с другом.
Популяция – это исторически сложившаяся естественная совокупность
особей данного вида, связанная определенными взаимоотношениями и
приспособлением к жизни в условиях определенного района или иного
местообитания. Каждый вид состоит из одной или нескольких популяций.
Третье правило охраны природы с экологической позиции.
Охрана живой природы состоит в сохранении популяций живыз
организмов и мест их обитания, в обеспечении состава и структуры
популяций, соответствующих конкретным условиям местообитания.
Каждый вид живых организмов имеет только ему присущее место
обитания, где локализована его экологическая ниша. Такие места обитания
называют стациями.
Стация обитания – участок территории, занятый популяцией вида и
характеризующийся
определенными
экологическими
условиями,
отвечающими экологической нише данного вида.
ГЛАВА 3 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ЭНЕРГЕТИКА
3.1. Экологическая система - биогеоценоз
44
Совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей
территории вместе с окружающей их неживой средой, называют
экологической системой или экосистемой (луг, лес, озеро).
Академиком Сукачевым для обозначения подобных сообществ
предложен термин биогеоценоз (биос – жизнь, гео – земля, ценоз –
сообщество), составной частью которого является совокупность живых
компонентов или биоценоз. Биогеоценоз включает два компонента:
биотический – сообщество живых растительных и животных организмов
(биоценоз) и абиотический – совокупность неживых факторов cреды (экотоп).
Биогеоценоз – это совокупность на известном земном протяжении
однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности,
животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий),
имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее
компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между
собой и другими явлениями природы, представляющая собой внутренно
противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном
движении и развитии.
Биоценоз – это совокупность представителей растительного (фитоценоз),
животного (зооценоз) и мира микробов (микробоценоз). Экотоп включает две
главные составляющие: климатоп и эдафотоп (эдафос-почва).
Экологические системы, как наземные, так и водные не являются
совершенно однородными структурами, как в пространстве, так и во времени.
Наземные экосистемы являются многоярусными, т.е. для них характерно
вертикальное расслоение на разновысокие структурные части например, в лесу
свойственно размещению корней, стволов, крон деревьев можно выделить ряд
ярусов: деревья первой величины, второй величины, подрост (молодняк),
подлесок из кустарников, живой напочвенный покров (травянистые растения,
кустарники мхи).
В пределах каждого яруса выделяются более или менее обособленные
группировки растений разных видов и связанных с ними животных. Такие
группы называют биогеоценотическими синузиями (синузия – совместное
пребывание).
Синузия биогеоценотическая – это структурная часть биогеоценоза,
которая
характеризуется
специфическим
составом
и
свойствами
составляющих ее компонентов, тесными внутренними взаимовлияниями,
общностью взаимодействия и обмена веществ и энергией при сохранении
целостности биогеоценоза в целом.
Примеры: группировки растений травянистого яруса, кустарников, а в
водной среде – синузия планктона или придонных обитателей.
Водные экосистемы делятся на две большие группы: непроточные
водоемы или лентическая (линтус-спокойный) cреда (озера, пруды, болота) и
проточные водоемы или лотическая (лотус-омывающий) cреда (реки, ручьи).
3.2. Энергетика и продукция экосистемы
45
Первичная продукция на Земле создается в клетках зеленых растений
под воздействием солнечной энергии (фотосинтез), а также некоторыми
другими организмами (хемосинтез). Процесс фотосинтеза состоит в том, что в
результате сложных химических реакций, такие вещества, как вода и диоксид
углерода соединяются в молекулы сахаров с выделением свободного
кислорода. Согласно второму началу термодинамики, любые виды энергии, в
конечном счете, переходят в тепловую форму и рассеиваются. Суть
фотосинтеза состоит в том, что происходит увеличение свободной энергии в
органическом веществе за счет преобразования энергии фотона солнечного
света (hγ) в энергию химических связей органического вещества (Q):
hv
6CО2  6Н 2О 
 C 6 Н 12О6  6О2  Q
Особенностью специфических органических соединений клетки
является то, что усваиваемая ими энергия фотонов не деградирует в тепловую,
не рассеивается в пространстве, а наоборот, в последовательной цепи
химических реакций преобразуется в энергию связей химических веществ,
синтезируемых при этих процессах.
Рис. 2.2. Схема процессов фотосинтеза
Таким образом растения непрерывно усваивают из атмосферного
воздуха огромное количество диоксида углерода (около 200 млрд т/год) и
выделяют 145 млрд т/год свободного кислорода, образуя более 100 млрд т
органического вещества. Именно процессам фотосинтеза мы обязаны
стабильностью газового состава атмосферы: зеленый лист (состоит из
миллионов клеток)  в клетках содержатся хлоропласты  в хлоропластах
заключены молекулы хлорофилла  фотон солнечного света взаимодействует
с молекулой хлорофилла, в результате чего высвобождается электрон одного
46
из ее атомов  е- + АДФ = АТФ (адинозиндифосфат–адинозинтрифосфат –
являются энергоносителем).
АТФ + Н2О + СО2  С6Н2О6 __ АДФ
Возбужденная молекула АТФ в живой клетке, содержащей воду и
диоксид углерода, способствует образованию молекул сахара и кислорода.
3.3. Трофические цепи и трофические уровни
Живые организмы, входящие в состав биогеоценоза, неодинаковые с
точки зрения ассимиляции ими вещества и энергии. Животные не участвуют в
фотосинтезе, а используют солнечную энергию опосредственно через
органическое вещество. Таким образом, в биогеоценозе образуется цепь
последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних
организмов к другим, или так называемая трофическая цепь
Рис.3.1. Простая пищевая цепь в экосистеме
Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют
самопитающимися или автотрофами, т.к. они создают первичное
органическое вещество из неорганического – их называют продуцентами.
47
Рис 3.2. Трофические цепи питания
Организмы, которые питаются тем, что создано афтотрофамипродуцентами (т.к. не могут строить собственное вещество из минеральных
компонентов) называются гетеротрофными (питаемый другими) или
консументами
(консумо-потреблять).
Многим
видам
эволюция
предопределила необходимость использования животных белков. Это –
плотоядные животные, которые являются вторичными консументами. В
экологической системе прослеживается четкая последовательность в развитии
одних организмов за счет других, своего рода цепь состоящая из различных
звеньев. Например, “осина-заяц-лиса” или “трава-насекомые-лягушки-змеихищные птицы”. Разные трофические цепи связаны между собой общими
звеньями в очень сложную систему, которая носит название трофической сети.
В экологии принято говорить об трофических уровнях, на первом
уровне, находятся продуценты, на следующем уровне-травоядные организмы,
затем плодоядные организмы плотоядные 2 порядка.
Отмершие растения и животные в природе необходимо снова
минерализовать. Это происходит благодаря наличию особых трофических
цепей
–
деструктуров,
разрушителей(бактерии,
грибы,
мелкие
беспозвоночные).
Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновременно цепь
энергетическая, т.е. последовательный упорядоченный поток передачи
энергии Солнца от продуцентов ко всем остальным звеньям.
В процессе жизнедеятельности сообщества создается и расходуется
органическое вещество. Каждая экосистема обладает определенной
продуктивностью. Существует общая и текущая продуктивности (лес: общая –
200 м3 древесной массы, годовой прирост всего 1,7 – 2,5 м3).
3.4. Равновесия в системах «хищник – жертва» и «паразит – хозяин»
Рассмотрим характер популляционного равновесия на примере охоты
48
волков на зайцев. Когда численность зайцев невелика, каждый из них
может найти достаточное количество пищи и убежищ для себя и детенышей.
Сопротивление среды оказывается небольшим и численность зайцев
увеличивается, несмотря на присутствие хищников-волков. Однако с
увеличением численности популляции зайцев уменьшается количество корма
и убежищ. Изобилие зайцев облегчает для волков охоту и выращивание
детенышей. В результате численность популяции волков начинает расти.
Вскоре популяция зайцев начинает испытывать усилившееся сопротивление
среды: нехватка корма, убежищ, усиление хищничества. В результате
численность ее начинает снижаться. При этом и количество пищи, и
количество доступных для каждой "жертвы" убежищ вновь возрастает. К тому
же, как правило, выживают наиболее сильные и "хитрые" зайцы, для которых
шансы спастись от хищников заметно превышают средний уровень. Охотиться
волкам становится труднее, они начинают испытывать нехватку пищи и их
численность начинает падать. Но это означает снижение сопротивления среды
для зайцев, их численность вновь начинает увеличиваться. В результате весь
цикл повторяется вновь и вновь, что и приводит к периодическим колебаниям
численности популяций зайцев и волков вокруг некоторого среднего уровня.
Крупные хищники очень редко бывают главным фактором, контролирующим
численность травоядных. Различные паразиты, начиная от глистов и кончая
многочисленными
бактериями,
грибками,
вирусами
значительнее
многообразнее и важнее. Они также поддерживают популяционное равновесие
подобно хищникам. Если плотность популляции растет, то паразиты легко
находят себе новых хозяев, соответственно повышается заболеваемость и
смертность хозяев, создаются условия для возникновения эпидемических
заболеваний, что ведет к быстрому сокращению численности популяции. Если
же плотность популяции "хозяев" низка, распространение паразитов
затруднено, сокращается число пораженных особей.
В реальных пищевых целях и сетях каждый вид связан и зависит от
нескольких паразитов и хищников. Можно говорить о равновесии между
видом и его естественными врагами. В сложной пищевой сети равновесие
значительно более устойчиво и менее подвержено резким колебаниям. Дело в
том, что разные враги начинают снижать численность вида-жертвы при разной
плотности популяции. Когда она достаточно снижается, хищники могут
переключиться на другие виды пищи, на другие жертвы. В результате
колебания и сдвиги по времени между численностями хищника и жертвы
сокращаются. Резкие колебания численности популяции жертвы характерны
для простых экосистем с небольшим количеством видов.
Принцип стабильности экосистем: видовое разнообразие обеспечивает
стабильность экосистем.
Равновесие в системах «хищник–жертва» и «хозяин – паразит» не
устанавливается мгновенно и автоматически. Оно устанавливается в
результате длительной «притирки», адаптации видов друг к другу и к среде
своего обитания, так что естественные враги не уничтожают полностью
49
популяцию своей жертвы. В тех случаях, когда в экосистеме появляются виды
из других сообществ, равновесие между популяциями, зачастую, оказывается
невозможным. Подобное явление, называемое интродукция, часто является
следствием вмешательства человека. Так, пышная растительность на многих
островах в Атлантическом и Тихом Океанах была уничтожена, когда на эти
острова завезли коз. Этот всеядный фиотфаг, интенсивно разрушающий
своими острыми копытцами корневую систему растений, нарушил
сложившиеся экосистемы.
В 1859 г. в Австралию для спортивной охоты завезли кроликов.
Природные условия для них оказались благоприятными, а местные хищники –
не опасными, поскольку не обладали необходимой быстроходностью. В
результате кролики расплодились настолько, что на больших территориях
уничтожили растительность пастбищ. Многолетняя борьба с кроликами лишь
сравнительно недавно позволила сократить рост их численности. Учеными
был найден паразит кроликов, позволяющий решить эту проблему. Именно
отсутствие в экосистемах естественных врагов для интродуцированных видов
приводит к бурному распространению непарного шелкопряда, причиняющего
максимальный ущерб лесам. По этой же причине победно шествует по Европе
колорадский жук. Равновесие может нарушиться и при искусственном
введении в экосистему слишком эффективного врага. Исключительно
активный хищник - домашняя кошка - завезенная на острова полностью
истребила многие, уникальные виды местной фауны. Не менее трагическим
оказался завоз в Южную Америку и на острова южной части Тихого Океана
стрептококка и вируса кори. Общение с европейцами, с детства
адаптированными к ангине и кори, привело к массовой гибели туземцев,
которые не прошли подобной адаптации. На некоторых островах южных
морей погибло более 99% населения.
3.5. Передача энергии в экосистемах
Энергия определяется как способность производить работу и
выражается в джоулях (Дж) или килоджоулях (кДж). Один грамм сухого
органического вещества растения в среднем соответствует 18,7 кДж (4,5 ккал)
энергии. В более богатых белками и жирами семенах растений энергетический
эквивалент выше – около 20 кДж/кг. Один грамм сухого вещества
позвоночного животного (мяса) заключает 23,5 кДж (5,6 ккал).
Организмы потребители (консументы), питаясь органическим веществом
продуцентов, получают от них энергию, частично идущую на построение
собственного органического вещества и связывающуюся в молекулах
соответствующих химических соединений, а частично расходующийся на
дыхание, теплоотдачу, выполнение движений в процессе поиска пищи,
ускользания отврагов и т.п.
50
Рис. 3.3. Трофические уровни передачи энергии
Таким образом, в экосистеме имеет место непрерывной поток энергии,
заключающийся в передаче ее от одного пищевого уровня к другому. В силу
второго закона термодинамики этот процесс связан с рассеиванием энергии на
каждом последующем звене, то есть с ее потерями и возрастанием энтропии.
В процессе жизнедеятельности сообщества создается и расходуется
органическое вещество. Это значит, что каждая экологическая система
обладает определенной продуктивностью. Продуктивность оценивают,
соотнося массу вещества (продукцию) с некоторой единицей времени, то есть,
рассматривая ее как скорость образования вещества (биомассы). Основная,
или первичная, продуктивность системы определяется как скорость, с которой
лучистая энергия солнца усваивается организмами-продуцентами, то есть
зелеными растениями в процессе фотосинтеза.
Продуктивность экологических систем и соотношение в них различных
трофических уровней принято выражать в форме пирамид. Первая пирамида пирамида Элтона или пирамида чисел, которая наглядно иллюстрирует
соотношение биомасс и эквивалентных им количеств энергии в каждом звене
пищевой цепи.
------------------третичные консументы (IV троф. уровень)
-------------------вторичные консументы (III троф. уровень)
-------------------первичные консументы (II троф. уровень)
-------------------первичные продуценты (I троф. уровень)
Пирамиды энергии отражают скорость образования биомассы в отличие
от пирамид численности и биомассы, описывающих только текущее состояние
организмов в отдельный момент времени. Каждая ступенька пирамиды
51
энергии отражает количество энергии (на единицу площади или объема),
прошедшей через определенный трофический уровень за определенный
период.
Пирамида энергии водной экосистемы
-----------------88 от хищников к вторичным хищникам
------------1603 от травоядных к хищникам
---------14096 от продуцентов к травоядным
------87110 первичные продуценты
Различные экологические системы характеризуются различной
продуктивностью, что следует учитывать при освоении тех или иных
территорий,
например
под
сельскохозяйственное
пользование.
Продуктивность экосистемы зависит отряда факторов, в первую очередь от
обусловленной климатическими
условиями обеспеченности теплом и влагой.
Продуктивность – важнейшее для человека свойство биосферы,
зависящее от продуктивности слагающих ее естественных и антропогенных
экологических систем. Благодаря способности экосистемы производить
биомассу человек получает необходимые ему пищевые и многие химические
ресурсы.
3.6. Динамические процессы в экосистемах
Важнейшими свойствами биогеоценоза является его устойчивость,
сбалансированность происходящих в нем процессов обмена веществом и
энергией между всеми компонентами, вследствие чего биогеоценозу
свойственно состояние так называемого подвижного равновесия, или
гомеостаза. Пример: олень-волк.
Стабильность сообщества определяется числом связей между видами в
трофической цепи.
Гомеостаз – это, в сущности, подвижное равновесие, и в любой
экосистеме идут процессы, меняющие ее во времени и пространстве. При этом
изменяется состав биоты, структура экосистемы и ее продуктивность.
Последовательная смена биоценозов, приемственно возникающих на
одной и той же территории в результате влияния природных факторов или
воздействия человека, называется сукцессией.
Природные биотические сообщества наследственно формируют
закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных
условиях состоянию климакса.
Сукцессия – постепенный процесс изменения структуры и состава
биоценоза и связан с внутренними процессами экосистемы, с динамикой
экотопа, с постепенными изменениями растительности, экологических ниш
для консументов, а также внешними воздействиями на экосистему (в том
52
числе и антропогенными). Циклические скцесси имеют длительный период
смены биоценозов.
В определенных условиях  подвижно стабильное состояние – климакс
(лестница). некоторые таежные леса, ковыльные степи.
Внешним проявлением сукцессии экосистемы является изменение
численности популяций растений, животных, популяции могут быть
большими и малыми.
Для сравнения численности популяции в разные отрезки времени
пользуются плотностью, то есть численность популяции, отнесенная к
единице занимаемого его пространства.
ГЛАВА 4. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ
4.1. Большой и малый круговорот веществ в природе
Основных круговоротов веществ в природе два: большой
(геологический) и малый (биогеохимический).
Большей круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен
взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и
осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более
глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания
магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в
зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют
магму – источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на
земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит
трансформация их в новые осадочные породы (рис. 4.1). Символом
круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый
цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что
со временем приводит к весьма значительным изменениям.
53
Рис. 4.1. Большой круговорот веществ
Большой круговорот – это и круговорот воды между сушей и океаном
через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что
затрачивается почти половина поступающей к поверхности Земли солнечной
энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь
возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот
роды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности
океана – конденсация водяного пара – выпадение осадков на эту же водную
поверхность океана.
Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более
500 тыс. км3 воды.
Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании
природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды
растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, весь запас воды на
Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет (см. рис. 4.4).
Этот круговорот для жизни биосферы – главный, и он сам является
порождением жизни. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество
поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический
круговорот веществ.
54
Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация,
которая порождает фотосинтез. Эта энергия довольно неравномерно
распределяется по поверхности земного шара. Например, на экваторе
количество тепла, приходящееся на единицу площади, в три раза больше, чем
на архипелаге Шпицберген (80° с.ш). Кроме того, она теряется путем
отражения, поглощается почвой, расходуется на транспирацию воды и т. д.
(рис. 6.8) а, как мы уже отмечали, на фотосинтез тратится не более 5 % от всей
энергии, но чаще всего 2–3 %.
В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществляется
преимущественно посредством трофических цепей.
Такой круговорот обычно называют биологическим. Он предполагает
замкнутый цикл веществ, многократно используемый трофической цепью.
Безусловно, он может иметь место в водных экосистемах, особенно в
планктоне с его интенсивным метаболизмом, но не в наземных экосистемах, за
исключением дождевых тропических лесов, где может быть обеспечена
передача питательных веществ «от растения к растению», корни которых на
поверхности почвы.
Однако в масштабах всей биосферы такой круговорот невозможен. Здесь
действует биогеохимический круговорот, представляющий собой обмен
макро- и микроэлементов и простых неорганических веществ (СО2, Н2О) с
веществом атмосферы, гидросферы и литосферы. Круговорот отдельных
веществ В.И.Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в
следующем: химические элементы, поглощенные организмом, впоследствии
его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова
попадают в живой организм, и т. д. Такие элементы называют биофилъными.
Этими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции
живого вещества в биосфере. В.И.Вернадский выделяет пять таких функций.
55
Рис. 4.2. Поступление и распределение солнечной энергии
в пределах биосферы Земли
1. Газовая – основные газы атмосферы Земли, азот и кислород,
биогенного происхождения, как и все подземные газы – продукт разложения
отмершей органики;
2. Концентрационная – организмы накапливают в своих телах многие
химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди
металлов — первый кальций, концентраторами кремния являются диатомовые
водоросли, йода – водоросли (ламинария), фосфора – скелеты позвоночных
животных;
3. Окислительно-восстановительная – организмы, обитающие в
водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения
или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной
валентностью;
4. Биохимическая – размножение, рост и перемещение в пространстве
(«расползание») живого вещества,
5. Биогеохимическая деятельность человека – охватывает все
разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких
концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и
бытовых нужд человека.
В биогеохимических круговоротах следует различать две части, или как
бы два среза: 1) резервный фонд – это огромная масса движущихся веществ,
не связанных с организмами; 2) обменный фонд – значительно меньший, но
весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенным веществом
56
между организмами и их непосредственным окружением. Если же
рассматривать биосферу в целом, то в ней можно выделить: 1) круговорот
газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан)
и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом
круговороте).
В связи с этим, следует отметить, лишь один-единственный на Земле
процесс, который не тратит, а, наоборот, связывает солнечную энергию и даже
накапливает ее – это создание органического вещества в результате
фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии и заключается
основная планетарная функция живого вещества на Земле.
4.2. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных
биогенных веществ
Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых в
основном состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот,
кислород, фосфор, сера.
Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода (рис. 4.3)
наиболее совершенны. Благодаря большим атмосферным резервам, они
способны к быстрой саморегуляции. В.круговороте углерода, а точнее –
наиболее подвижной его формы – СО2, четко прослеживается трофическая
цепь: продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе,
консументы – поглощающие углерод вместе с телами продуцентов и
консументов низших порядков, редуцентов – возвращающих углерод вновь в
круговорот. Скорость оборота СО2 составляет порядка 300 лет (полная его
замена в атмосфере).
В Мировом океане трофическая цепь: продуценты (фитопланктон) –
консументы (зоопланктон, рыбы) – редуценты (микроорганизмы) –
осложняется тем, что некоторая часть углерода мертвого организма, опускаясь
на дно, «уходит» в осадочные породы и участвует уже не в биологическом, а в
геологическом круговороте вещества.
Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса,
они содержат до 500 млрд. т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в
атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода приводит к
возрастанию содержания СО2 в атмосфере.
Скорость круговорота кислорода – 2 тыс. лет (рис. 4.3), именно за это
время весь кислород атмосферы проходит через живое вещество. Основной
поставщик кислорода на Земле – зеленые растения. Ежегодно они производят
на суше 53–109 т кислорода, а в океанах – 414–109 т.
Главный потребитель кислорода – животные, почвенные организмы и
растения, использующие его в процессе дыхания. Процесс круговорота
кислорода в биосфере весьма сложен, так как он содержится в очень многих
химических соединениях.
57
Рис. 4.3. Схема биогеохимического круговорота веществ на суше
Подсчитано, что на промышленные и бытовые нужды ежегодно
расходуется 23 % кислорода, который освобождается в процессе фотосинтеза.
58
Предполагается, что в ближайшее время весь продуцированный
кислород будет сгорать в топках, а следовательно, необходимо значительное
усиление фотосинтеза и другие радикальные меры.
Рис.4.4. Круговорот азота в биосфере
Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем углерода и
кислорода, и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями
ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с
водородом и кислородом. И это при том, что запасы азота в атмосфере
неисчерпаемы (78 % от ее объема). Редуценты (деструкторы), а конкретно
почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших
организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты.
Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и
загрязняет их.
Опасность заключается также и в том, что азот в виде нитратов и
нитритов усваивается растениями и может передаваться по пищевым
(трофическим) цепям.
Азот возвращается в атмосферу вновь с выделенными при гниении
газами. Роль бактерий в цикле азота такова, что если будет уничтожено только
12 их видов, участвующих в круговороте азота, жизнь на Земле прекратится.
Так считают американские ученые.
Биогеохимический круговорот в биосфере, помимо кислорода, углерода
и азота, совершают и многие другие элементы, входящие в состав
органических веществ, - сера, фосфор, железо и др.
Биогеохимические циклы фосфора и серы, важнейших биогенных
элементов, значительно менее совершенны, так как основная их масса
содержится в резервном фонде земной коры, в «недоступном» фонде.
59
Круговорот серы и фосфора – типичный осадочный биогеохимический
цикл. Такие циклы легко нарушаются от различного рода воздействий и часть
обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в
круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путем
извлечения живым веществом биофильных компонентов.
Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые
геологические эпохи. В биогеохимический круговорот (рис. 4.5) он может
попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность
суши, в зону
выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде
широко известного минерала – апатита.
Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и
наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и
передается по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка –
морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в
круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море.
Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова
попадает в море и в круговорот, но часть скелетов рыб достигает больших
глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы.
В наземных экосистемах фосфор извлекают растения из почв и далее он
распространяется по трофической сети. Возвращается в почву после
отмирания животных и растений и с их экскрементами. Теряется фосфор из
почв в результате их водной эрозии. Повышенное содержание фосфора на
водных путях его переноса вызывает бурное увеличение биомассы водных
растений, «цветение» водоемов и их эвтрофикацию. Большая же часть
фосфора уносится в море и там теряется безвозвратно.
Последнее обстоятельство может привести к истощению запасов
фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.). Следовательно, надо
стремиться избежать этих потерь и не ожидать того времени, когда Земля
вернет на сушу «потерянные отложения».
Сера имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в
отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере (рис. 4.6). В
обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них
восстановители, другие – окислители.
60
Рис. 4.5. Круговорот фосфора в биосфере
В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS2 и др.), в
растворах — в форме иона (SO42-), в газообразной фазе в виде сероводорода
(H2S) или сернистого газа (SO2). В некоторых организмах сера накапливается в
чистом виде (S2) и при их отмирании на дне морей образуются залежи
самородной серы.
В морской среде сульфат-ион занимает второе место по содержанию
после хлора и является основной доступной формой серы, которая
восстанавливается автотрофами и включается в состав аминокислот.
Круговорот серы, хотя ее требуется организмам в небольших
количествах, является ключевым в общем процессе продукции и разложения
(Ю.Одум, 1986). Например, при образовании сульфидов железа фосфор
переходит в растворимую форму, доступную для организмов.
В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании
растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до
H2S. Другие организмы и воздействие самого кислорода приводят к
окислению этих продуктов. Образовавшиеся сульфаты растворяются и
поглощаются растениями из поровых растворов почвы – так продолжается
круговорот.
61
Рис. 4.6. Круговорот серы в природе
Однако круговорот серы, так же как и азота, может быть нарушен
вмешательством человека (рис. 4.6). Виной тому прежде всего сжигание
ископаемого топлива, а особенно угля. Сернистый газ (SO2↑) нарушает
процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.
Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком. Так, добывая
минеральные удобрения, он загрязняет воду и воздушную среду. В воду
попадает фосфор, вызывая эвтрофикацию, азотистые высокотоксичные
соединения и др. Иными словами, круговорот становится не циклическим, а
62
ациклическим. Охрана природных ресурсов должна быть, в частности,
направлена на то, чтобы ациклические биогеохимические процессы
превратить в циклические.
Таким образом, всеобщий гомеостаз биосферы зависит от стабильности
биогеохиминеского круговорота веществ в природе. Но, являясь планетарной
экосистемой, она состоит из экосистем всех уровней.
ГЛАВА 5. ВОЗДЕЙСТВИЕ ОСНОВНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
5.1. Антропогенное воздействие на атмосферу
Крупнейшие глобальные экологические проблемы современности –
«парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных
дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.
Охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления
окружающей природной среды. Атмосферный воздух занимает особое
положение среди других компонентов биосферы. Значение его для всего
живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без
пищи пять недель, без воды – пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут.
При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от
нормы опасно для здоровья.
Атмосферный воздух выполняет и сложнейшую защитную
экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного
Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные
метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается
масса метеоритов.
Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит
при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном
перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на
поверхности земли и т.д. Однако в современных условиях возможности
природных систем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под
массированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали
проявляться весьма нежелательные экологические последствия, в том числе и
глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной
мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие
экологические функции.
Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое
изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на
здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.
Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и
антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К
63
ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород,
ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных
пожаров и др. Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных
загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим
масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение
атмосферного воздуха.
В зависимости от масштабов распространения выделяют различные
типы загрязнения атмосферы: местное, региональное и глобальное. Местное
загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих
веществ на небольших территориях (город, промышленный район,
сельскохозяйственная зона и др.) (рис. 5.1). При региональном загрязнении в
сферу негативного воздействия вовлекаются значительные пространства, но не
вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния
атмосферы в целом.
По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу
классифицируются на: 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид
углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и
др.); 3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения,
органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).
Главные
загрязнители
(поллютанты)
атмосферного
воздуха,
образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека –
диоксид серы (SO2), оксиды азота (NOх), оксид углерода (СО) и твердые
частицы. На их долю приходится около 98 % в общем объеме выбросов
вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и
поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди
которых – формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, аммиак,
фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно концентрации главных
загрязнителей (диоксид серы и др.) наиболее часто превышают допустимые
уровни во многих городах России.
Суммарный мировой выброс в атмосферу четырех главных
загрязнителей (поллютантов) атмосферы составил в 1990 г. – 401 млн т, а в
России в 1991 г. – 26,2 млн т (табл. 5.1). Кроме указанных главных
загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опасных токсичных
веществ: свинец, ртуть, кадмий и другие тяжелые металлы (источники
выброса: автомобили, плавильные заводы и др.); углеводороды (СnНm), среди
них наиболее опасен бенз(а)пирен, задающий канцерогенным действием
(выхлопные газы, топка котлов и др.), альдегиды, и в первую очередь
формальдегид, сероводород, токсичные летучие растворители (бензины,
спирты, эфиры) и др.
64
Рис. 5.1. Местное (локальное) загрязнение атмосферы
Таблица 5.1
Выброс в атмосферу главных загрязнителей (поллютантов) в мире и в России
Вещества, млн т
Суммарный мировой
выброс
Россия (только
стационарные
источники)
%
Россия (с учетом всех
источников), %
Диоксид
серы
Оксиды
азота
Оксид
углерода
Твердые
частицы
Всего
99
68
177
57
401
9,2
3
7,6
6,4
26,2
9,2
12
4,4
5,8
4,3
5,6
11,2
12,2
6,5
13,2
Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное. В настоящее
время оно обусловлено в основном глобально распределенными
долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытания
ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей. Приземный слой
атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с
действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и другие
источники.
Особое место занимают выбросы радиоактивных веществ из четвертого
блока Чернобыльской АЭС в апреле – мае 1986 г. Если при взрыве атомной
бомбы над Хиросимой (Япония) в атмосферу было выброшено 740 г
радионуклидов, то в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г.
суммарный выброс радиоактивных веществ в атмосферу составил 77 кг.
Еще одной формой загрязнения атмосферы является локальное
избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком
65
теплового (термического) загрязнения атмосферы служат так называемые
термические зоны, например, «остров тепла» в городах, потепление водоемов
и т. п.
В целом, если судить по официальным данным на 2000 г уровень
загрязнения атмосферного воздуха в нашей стране, особенно в городах России,
остается высоким, несмотря на значительный спад производства, что
связывают прежде всего с увеличением количества автомобилей.
5.1.1. Основные источники загрязнения атмосферы
В настоящее время «основной вклад» в загрязнение атмосферного
воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика
(тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные
и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии,
автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство
стройматериалов.
Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в развитых
промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное
количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и ФРГ
приходится на автотранспорт (50–60 %), тогда как на долю теплоэнергетики
значительно меньше, всего 16–20 %.
Тепловые и атомные электростанции. Котельные установки. В
процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется
дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и
неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания.
Объем энергетических выбросов очень велик. Так, современная
теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн кВт расходует в сутки до 20 тыс. т
угля и выбрасывает в атмосферу за это время 680 т SO2 и SO3, 120–140 т
твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота.
Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы,
но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее
экологично газовое топливо, которое в три раза меньше загрязняет
атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь.
Источники загрязнения воздуха токсичными веществами на атомных
электростанциях (АЭС) – радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и
аэрозоли. Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы –
отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота,
но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых
труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи
котельных установок.
Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тонны стали в
атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05
т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные
загрязнители, как марганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В
66
процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются
парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и
других токсичных веществ. Существенно загрязняется атмосфера также на
агломерационных фабриках, при доменном и ферросплавном производствах.
Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержащих токсичные
вещества, отмечаются на заводах цветной металлургии при переработке
свинцово-цинковых, медных, сульфидных руд, при производстве алюминия и
др.
Химическое производство. Выбросы этой отрасли хотя и невелики по
объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей
весьма
высокой
токсичности,
значительного
разнообразия
и
концентрирования, представляют значительную угрозу для человека и всей
биоты. На разнообразных химических производствах атмосферный воздух
загрязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь
оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т.
п.).
Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сот
миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество
нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в
крупных городах. Так, в г. Москве на долю автотранспорта приходится 80% от
общего количества выбросов в атмосферу. Выхлопные газы двигателей
внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное
количество токсичных соединений – бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота
и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения
этилированного бензина).
Наибольшее количество вредных веществ в составе отработанных газов
образуется при неотрегулированной топливной системе автомобиля.
Правильная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а
специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть
и более раз.
Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отмечается также при
добыче
и
переработки
минерального
сырья,
на
нефтеи
газоперерабатывающих заводах (рис. 5.2), при выбросе пыли и газов из
подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в
отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения
атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы,
промышленные комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т.
д.
«Каждый житель Земли – это и потенциальная жертва стратегических
(трансграничных) загрязнений», – подчеркивает А.Гор в книге «Земля на чаше
весов» (1993). Трансграничными загрязнениями понимают загрязнения,
перенесенные с территории одной страны на площадь другой. Только в 1994 г
на европейскую часть России из-за невыгодного ее географического
положения выпало 1204 тыс. т соединений серы от Украины, Германии,
67
Польши и других стран. В то же время в других странах от российских
источников загрязнения выпало только 190 тыс. т серы, т. е. в 6,3 раза меньше.
Рис. 5.2. Пути распространения выбросов соединений серы
в районе Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ)
(Ю.А.Федоров, 1995)
5.1.2. 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. Особенно четко эта связь
прослеживается при анализе детской легочной патологии и степени
концентрации диоксида серы в атмосфере крупных городов. Согласно
исследованиям американских ученых, при уровне загрязнения SO2 до 0,049
мг/м3 показатель заболеваемости (в человека-днях) населения Нэшвилла
(США) составлял 8,1 %, при 0,150–0,349 мг/м3 – 12 и в районах с загрязнением
воздуха выше 0,350 мг/м3 – 43,8%. Особенно опасен диоксид серы, когда он
68
осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути.
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 на человеческий организм оксида углерода
(угарного газа). При остром отравлении появляются общая слабость,
головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный
исход (даже спустя 3–1 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.
Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером
менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы,
задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки.
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.
Последствия воздействия на организм человека вредных веществ,
содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют
широчайший диапазон действия: от кашля до летального исхода (табл. 13.2).
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 5.2
Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека
(по X.Ф.Френчу, 1992)
Вредные вещества Последствия воздействия на организм человека
Оксид углерода
Препятствует абсорбированию кровью кислорода, что
ослабляет мыслительные способности, замедляет
рефлексы, вызывает сонливость и может быть причиной
потери сознания и смерти
Свинец
Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую
системы; вызывает, вероятно, снижение умственных
способностей у детей, откладывается в костях и других
69
Оксиды азота
тканях, поэтому опасен в течение длительного времени
Могут увеличивать восприимчивость организма к
вирусным заболеваниям (типа гриппа), раздражают
легкие, вызывают бронхит и пневмонию
Окончание таблицы 5.2
Озон
Токсичные
выбросы
(тяжелые
металлы)
Раздражает слизистую оболочку органов дыхания,
вызывает кашель, нарушает работу легких; снижает
сопротивляемость к простудным заболеваниям; может
обострять хронические заболевания сердца, а также
вызывать астму, бронхит
Вызывают рак, нарушение функций половой системы и
дефекты у новорожденных
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 е 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 – это 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.), особен70
но 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.
В экологической литературе описаны случаи массового отравления
диких животных, птиц, насекомых при выбросах вредных загрязняющих
веществ большой концентрации (особенно залповых). Так, например,
установлено, что при оседании на медоносных растениях некоторых
токсичных видов пыли наблюдается заметное повышение смертности пчел.
Что касается крупных животных, то находящаяся в атмосфере ядовитая пыль
поражает их в основном через органы дыхания, а также поступая в организм
вместе со съеденными запыленными растениями.
В растения токсичные вещества поступают различными способами.
Установлено, что выбросы вредных веществ действуют как непосредственно
на зеленые части растений, попадая через устьица в ткани, разрушая
хлорофилл и структуру клеток, так и через почву на корневую систему. Так,
например, загрязнение почвы пылью токсичных металлов, особенно в
соединении с серной кислотой, губительно действует на корневую систему, а
через нее и на все растение.
Загрязняющие газообразные вещества по-разному влияют на состояние
растительности. Одни лишь слабо повреждают листья, хвоинки, побеги (окись
углерода, этилен и др.), другие действуют на растения губительно (диоксид
серы, хлор, пары ртути, аммиак, цианистый водород и др.) (табл. 5.3).
Особенно опасен для растений диоксид серы (SO2), под воздействием которого
гибнут многие деревья, и в первую очередь хвойные – сосны, ели, пихты, кедр.
Таблица 5.3
Токсичность загрязнителей воздуха для растений
(Бондаренко, 1985)
Вредные вещества
Диоксид серы
Характеристика
Основной загрязнитель, яд для ассимиляционных
органов растений, действует на расстоянии до 30
км
Токсичны даже в небольших количествах,
склонны к образованию аэрозолей, действуют на
расстоянии до 5 км
Повреждают в основном на близком расстоянии
Заражают растительность в районах высокой
концентрации промышленности и транспорта
Фтористый водород и
четырехфтористый
кремний
Хлор, хлористый водород
Соединения
свинца,
углеводороды,
оксид
углерода, оксиды азота
Сероводород
Клеточный и ферментный яд
71
Аммиак
Повреждает растения на близком расстоянии
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.
Способна ли растительность восстановиться после снижения
воздействия вредных загрязняющих веществ. Во многом это будет зависеть от
восстанавливающей способности оставшейся зеленой массы и общего
состояния природных экосистем. В то же время следует заметить, что
невысокие концентрации отдельных загрязнителей не только не вредят
растениям, но и, как, например, кадмиевая соль, стимулируют прорастание
семян, прирост древесины, рост некоторых органов растений.
5.1.3. Загрязнения атмосферы и глобальные экологические последствия
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»)
Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, которое
выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры начиная
со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с
накоплением в атмосфере так называемых «парниковых газов» – диоксида
углерода (СО2), метана (СН4), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О3),
оксидов азота и др.
Парниковые газы, и в первую очередь СО2, препятствуют
длинноволновомутепловому 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 со 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
72
содержание в атмосфере и оксида азота (на 0,3 % ежегодно).
Следствием увеличения концентраций этих газов, создающих
«парниковый эффект», является рост средней глобальной температуры
воздуха у земной поверхности. За последние 100 лет наиболее теплыми были
1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В 1988 г. среднегодовая температура
оказалась на 0,4 °С выше, чем в 1950–1980 гг. Расчеты некоторых ученых
показывают, что в 2005 г. она повысится на 1,3°С по сравнению с 1950–1980
гг. В докладе, подготовленном под эгидой ООН международной группой по
проблемам климатических изменений, утверждается, что к 2100 г. температура
на Земле станет выше 2–4 градуса. Масштабы потепления за этот
относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением,
произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические
последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с
предполагаемым повышением уровня Мирового океана вследствие таяния
полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д. Моделируя
экологические последствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5–2,0 м
к концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению
климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30
странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных
территорий и к другим неблагоприятным последствиям.
Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном потеплении
климата и положительные экологические последствия. Повышение
концентрации СО2 в атмосфере и связанное с ним увеличение фотосинтеза, а
также увеличение увлажнения климата могут привести к росту
продуктивности как естественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн и др.),
так и агроценозов (культурных растений, садов, виноградников и др.).
По вопросу о степени влияния парниковых газов на глобальное
потепление климата также нет единства во мнениях. Так, в отчете
Межправительственной группы экспертов по проблеме изменения климата
(1992) отмечается, что наблюдаемое в последнее столетие потепление климата
на 0,3–0,6 °С могло быть обусловлено преимущественно природной
изменчивостью ряда климатических факторов.
В связи с этими данными академик К.Я.Кондратьев (1993) считает, что
нет никаких оснований для одностороннего увлечения стереотипом
«парникового» потепления и выдвижения задачи по сокращению выбросов
парниковых газов как центральной в проблеме предотвращения
нежелательных изменений глобального климата.
По его мнению, 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
73
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.
На международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 г перед
энергетикой всего мира поставлена задача сократить к 2005 г. на 20 %
промышленные выбросы углерода в атмосферу. На Конференции ООН в
Киото (Япония) в 1997 г. правительствами 84 стран мира подписан Киотский
протокол, по которому страны должны выбрасывать антропогенный
углекислый газ не больше, чем они выбрасывали его в 1990 г. Но очевидно,
что ощутимый экологический эффект может быть получен лишь при
сочетании этих мер с глобальным направлением экологической политики –
максимально возможным сохранением сообществ организмов, природных
экосистем и всей биосферы Земли.
5.1.4. 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». С тех пор результаты измерений подтверждают
повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так,
например, в России за последние 10 лет концентрация озонового слоя
снизилась на 4–6 % в зимнее время и на 3 % – в летнее.
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 рост заболеваемости людей раком кожи и др. Так, например, по
мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних
темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн
человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней
(катаракта и др.), подавление иммунной системы и т. д.
Установлено также, что растения под влиянием сильного
74
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.
По данным международной экологической организации «Гринпис»,
основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США –
30,85 %, Япония – 12,42; Великобритания – 8,62 и Россия – 8,0 %. США
пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн км2, Япония – 3 млн км2,
что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США
и в ряде западных стран построены заводы по производству новых видов
хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения
озонового слоя.
Согласно протоколу Монреальской конференции (1987 г.),
пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.),
предусматривалось снижение выбросов хлорфторуглеродов к 1998 г. на 50 %.
В соответствии с Законом РФ «Об охране окружающей среды» (2002) охрана
озонового слоя атмосферы от экологически опасных изменений
обеспечивается посредством регулирования производства и использования
веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, на основе международных
договоров Российской Федерации и ее законодательства. В будущем
необходимо продолжать решать проблему защиты людей от УФ-радиации,
поскольку многие из хлофторуглеродов могут сохраняться в атмосфере сотни
лет.
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.
5.1.5. Кислотные дожди
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 (рис. 5.3). В результате дождь и снег оказываются подкисленными
(число рН ниже 5,6). В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дожди с
75
кислотностью рН=3,5. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков
в Западной Европе – рН=2,3.
Суммарные мировые антропогенные выбросы двух главных
загрязнителей воздуха – виновников подкисления атмосферной влаги – SO2 и
NOх составляют ежегодно более 255 млн т (1994 г.). На огромной территории
природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на состоянии
всех экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы подвергаются
разрушению даже при меньшем уровне загрязнения воздуха, чем тот, который
опасен для человека. «Озера и реки, лишенные рыбы, гибнущие леса – вот
печальные последствия индустриализации планеты» (X.Френч, 1992).
Рис. 5.3 Кислотные дожди: их причина и вредное влияние
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. Например, возрастание в
подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг на один литр
летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как
фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и
становятся менее доступными для усвоения. Алюминий снижает также
прирост древесины. Токсичность тяжелых металлов (кадмия, свинца и др.)
проявляется еще в большей степени.
Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают
от действия сложной смеси загрязняющих веществ, включающей кислотные
дожди, озон, токсичные металлы и др. Так, например, гибнут хвойные горные
76
леса в Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в
Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.
Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам,
болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной их
деградации как природных экосистем.
Ярким примером негативного воздействия кислотных осадков на
природные экосистемы является закисление озер. Особенно интенсивно оно
происходит в Канаде, Швеции, Норвегии и на юге Финляндии (табл. 5.4).
Объясняется это тем, что значительная часть выбросов серы в таких
промышленно развитых странах, как США, ФРГ и Великобритании, выпадают
именно на их территории (рис. 13.4). Наиболее уязвимы в этих странах озера,
так как коренные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранитогнейсами и гранитами, не способными нейтрализовать кислотные осадки, в
отличие, например, от известняков, которые создают щелочную среду и
препятствуют закислению. Сильно закислены и многие озера на севере США.
Закисление озер опасно не только для популяций различных 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.
Таблица 5.4
Закисление озер в мире (по данным «XX век: последние 10 лет», 1992)
Страна
Канада
Норвегия
Швеция
Финляндия
США
Состояние озер
Более 14 тыс. озер сильно закислены; каждому седьмому озеру
на востоке страны нанесен биологический ущерб
В водоемах общей площадью 13 тыс. км2 уничтожена рыба и
еще на 20 тыс. км2 - поражена
В 14 тыс. озер уничтожены наиболее чувствительные к уровню
кислотности виды; 2200 озер практически безжизненны
8 % озер не обладают способностью к нейтрализации кислоты.
Наиболее закисленные озера в южной части страны
В стране около 1 тыс. подкисленных озер и 3 тыс. почти
кислотных (данные фонда охраны окружающей среды).
Исследования АООС в 1984 г. показали, что 522 озера имеют
сильную кислотную среду и 964 находятся на грани этого
77
Рис. 5.4. Загрязнение (окисление) почвы в странах Северной Европы
вследствие выпадения кислотных дождей.
В нашей стране площадь значительного закисления от выпадения
кислотных осадков достигает несколько десятков миллионов гектаров.
Отмечены и частные случаи закисления озер (Карелия и др.). Повышенная
кислотность осадков наблюдается вдоль западной границы (трансграничный
перенос серы и Других загрязняющих веществ) и на территории ряда крупных
промышленных районов, а также фрагментарно на побережье Таймыра и в
Якутии.
5.2. Антропогенное воздействие на гидросферу
Существование биосферы и человека всегда было основано на
использовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличению
водопотребления, оказывая на гидросферу огромное многообразное давление.
На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире еще в большей
степени возрастает воздействие человека на биосферу, а природные системы в
значительной степени утратили свои защитные свойства, очевидно,
необходимы новые подходы, «осознание реальностей и тенденций,
появившихся в мире в отношении природы в целом и ее составляющих»
(Лосев, 1989). В полной мере это относится к осознанию такого страшного зла,
каким является в наше время загрязнение и истощение поверхностных и
подземных вод.
5.2.1. Загрязнение гидросферы
Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных
функций и экологического значения в результате поступления в них вредных
веществ.
78
Загрязнение вод проявляется в изменении физических и
органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов,
вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных
тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха,
появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других
загрязнителей.
Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире –
на каждого жителя России приходится свыше 30 000 м3/год воды. Однако в
настоящее время из-за загрязнения или засорения около 70 % рек и озер
России утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения в
результате около половины населения потребляют загрязненную
недоброкачественную воду (Государственный доклад «Вода питьевая», 1995).
Нарушено исторически сложившееся равновесие в водной среде
Байкала – уникальнейшем озере нашей планеты, которое, по подсчетам
ученых, могло бы обеспечивать чистой водой все человечество в течение
почти полустолетия. Только за последние 15 лет загрязнено более 100 км3
байкальской воды. На акваторию озера ежегодно поступает более 8500 т
нефтепродуктов, 750 т нитратов, 13 тыс. т хлоридов и других загрязнителей.
Ученые полагают, что только размеры озера и огромный объем водной массы,
а также способность биоты участвовать в процессах самоочищения спасают
экосистему Байкала от полной деградации.
Главные загрязнители вод. Установлено, что более 400 видов веществ
могут вызвать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя
бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому,
общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.
Различают химические, биологические и физические загрязнители
(П.Бертокс, 1980). Среди химических загрязнителей к наиболее
распространенным относят нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетические
поверхностно-активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и
др. (табл. 5.5). Очень опасно загрязняют воду биологические загрязнители,
например вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы, и физические –
радиоактивные вещества, тепло и др.
Основные виды загрязнения вод. Наиболее часто встречается
химическое и бактериальное загрязнение. Значительно реже наблюдается
радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение.
Таблица 5.5
Главные загрязнители воды
Химические загрязнители Биологические
загрязнители
79
Физические загрязнители
Кислоты
Щелочи
Соли
Нефть и нефтепродукты
Пестициды
Диоксины
Тяжелые металлы
Фенолы
Аммонийный и
нитритный азот
СПАВ
Вирусы
Бактерии
Другие
болезнетворные
организмы
Водоросли
Лигнины
Дрожжевые и
плесневые грибки
Радиоактивные элементы
Взвешенные твердые
частицы
Тепло
Органолептические
(цвет, запах)
Шлам
Песок
Ил
Глина
Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое и далеко
распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые
кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи),
токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным.
При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные
химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и
восстанавливаются, выпадают в осадок, и т.д., однако, как правило, полного
самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического
загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может
распространяться до 10 км и более.
Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных
бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид
загрязнений носит временный характер.
Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых
концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное
загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы,
обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций–
90, уран, радий–226 цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в
поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов,
захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран стронций и другие
элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в
виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в
глубь земли вместе с атмосферными водами, так и в результате
взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.
Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду
различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические
примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.
Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение (а
точнее, засорение) твердыми отходами (мусором), остатками лесосплава,
промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод,
отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в
80
результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или
технологическими водами. Так, например, известно, что на площадке
Кольской атомной станции, расположенной за Полярным кругом, через 7 лет
после начала эксплуатации температура подземных вод повысилась с 6 до 19
°С вблизи главного корпуса. При повышении температуры происходит
изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению
анаэробных бактерий, росту количества гидробионтов и выделению ядовитых
газов – сероводорода, метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а
также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует
развитию других видов загрязнения. По существующим санитарным нормам
температура водоема не должна повышаться более чем на 3 °С летом и 5 °С
зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12–17 кДж/м3.
Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод.
Процессы загрязнения поверхностных вод обусловлены различными
факторами. К основным из них относятся:
1) сброс в водоемы неочищенных сточных вод;
2) смыв ядохимикатов ливневыми осадками;
3) газодымовые выбросы;
4) утечки нефти и нефтепродуктов.
Наибольший вред водоемам и водотокам
неочищенных сточных вод – промышленных,
коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и
др. (рис. 5.5).
Промышленные сточные воды загрязняют
экосистемы самыми разнообразными компонентами (табл. 5.6) в зависимости от специфики
отраслей промышленности. Следует заметить, что
в настоящее время объем сброса промышленных
сточных вод во многие водные экосистемы не
только не уменьшается, но и продолжает расти.
Так, например, в 1995 г. в оз. Байкал, вместо
планируемого прекращения сброса сточных вод из
ЦБК (целлюлозно-бумажного комбината) и
перевода их на замкнутый цикл водопотребления,
было сброшено сточных вод на 21 % больше, чем
в 1994 г.
причиняет
выпуск
Рис. 5.5. Сброс в реку
неочищенных
промышленных стоков
Таблица 5.6
Приоритетные загрязнители водных экосистем по отраслям промышленности
81
Отрасль промышленности
Преобладающий
вид
загрязняющих
компонентов
Нефтегазодобыча,
Нефтепродукты,
СПАВ,
фенолы,
нефтепереработка
аммонийные соли, сульфиды
Целлюлозно-бумажный
Сульфаты, органические вещества, лигнины,
комплекс,
лесная смолистые и жирные вещества, азот
промышленность
Машиностроение,
Тяжелые металлы, взвешенные вещества,
металлообработка, металлургия фториды, цианиды, аммонийный азот,
нефтепродукты, фенолы, смолы
Химическая промышленность
Фенолы,
нефтепродукты,
СПАВ,
ароматические углеводороды, неорганика
Горнодобывающая, угольная
Флотореагенты,
неорганика,
фенолы,
взвешенные вещества
Легкая, текстильная, пищевая
СПАВ,
нефтепродукты,
органические
красители, другие органические вещества
Коммунально-бытовые сточные воды в больших количествах поступают
из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц, и т. д. В
сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а
также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное загрязнение.
Рис. 5.6. Ферма вблизи малой реки
Огромное количество таких опасных загрязняющих веществ, как
пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смываются с
сельскохозяйственных
территорий,
включая
площади,
занимаемые
животноводческими комплексами (рис. 5.6). По большей части они попадают в
водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а поэтому имеют высокую
концентрацию органического вещества, биогенных элементов и других
загрязнителей.
Значительную опасность представляют газо-дымовые соединения
(аэрозоли, пыль и т. д.), оседающие из атмосферы на поверхность
водосборных бассейнов и непосредственно на водные поверхности. Плотность
82
выпадения, например, аммонийного азота на европейской территории России
оценивается в среднем в 0,3 т/км2, а серы – от 0,25 до 2,0 т/км2.
Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы
тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при
авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при
сбросе с судов балластных вод и т. д.
Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и подземные воды, в
первую очередь в районах крупных промышленных центров, Источники
загрязнения подземных вод весьма разнообразны (рис. 5.7).
Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам
различными путями: при просачивании промышленных и хозяйственнобытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и др., по
затрубному пространству неисправных скважин, через поглощающие
скважины, карстовые воронки и т. д.
К
естественным
источникам
загрязнения
относят
сильно
минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или морские воды,
которые могут внедряться в пресные незагрязненные воды при эксплуатации
водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.
Важно подчеркнуть, что загрязнения подземных вод не ограничиваются
площадью промпредприятий, хранилищ отходов и т.д., а распространяются вниз
по течению потока на расстояния до 20–30 км и более от источника загрязнения.
Это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.
Рис. 5.7. Схема источников загрязнения подземных вод
(по В.А. Шемелиной, 1989):
I – грунтовые воды, II – напорные пресные воды,
III – напорные соленые воды: 1 – трубопроводы, 2 – хвостохранилище,
3 – дымовые и газовые выбросы, 4 – подземные захоронения промстоков,
5 – шахтные воды, 6 – терриконы, 7 – карьерные воды, 8 – заправочные
станции, 9 – бытовое загрязнение, 10 – водозабор, подтягивающий соленые воды;
11 – объекты животноводства, 12 – внесение удобрений и пестицидов
83
Следует также иметь в виду, что загрязнение подземных вод негативно
сказывается и на экологическом состоянии поверхностных вод, атмосферы,
почв, других компонентов природной среды. Например, загрязняющие
вещества, находящиеся в подземных водах, могут выноситься
фильтрационным потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их. Как
подчеркивают многие ученые, круговорот загрязняющих веществ в системе
поверхностных и подземных вод предопределяет единство природоохранных и
водоохранных мер и их нельзя разрывать. В противном случае меры по охране
подземных вод вне связи с мерами по защите других компонентов природной
среды будут неэффективными.
5.2.2. Экологические последствия загрязнения гидросферы
Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для
всех живых организмов, и в частности для человека.
Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влиянием
загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их
устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных
связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и
других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста
гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.
Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Этот естественный
процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно
протекает очень медленно и постепенно, однако в последние десятилетия, в
связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко
увеличилась.
Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофикация связана с
поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ –
азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ,
отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т.д. В современных
условиях
эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее
продолжительные сроки – несколько десятилетий и менее.
Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет на
пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических
связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона
благодаря массовому размножению синезеленых водорослей, вызывающих
«цветение» воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов (к
тому же выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для человека
токсины). Возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшением
разнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда,
уменьшению способности экосистем к гомеостазу и саморегуляции.
Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают многие крупные
озера мира – Великие Американские озера, Балатон, Ладожское, Женевское и
84
др., а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые
реки. На этих реках, кроме катастрофически растущей биомассы сине-зеленых
водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей растительностью.
Сами же сине-зеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности
производят сильнейшие токсины, представляющие опасность для
гидробионтов и человека.
Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы
губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества:
тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы, СПАВ и др. Так,
например, водные организмы Байкала, приспособившиеся в процессе
длительной эволюции к естественному набору химических соединений
притоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным
водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и
др.). В результате отмечено обеднение гидробионтов, уменьшение биомассы
зоопланктона, гибель значительной части популяции байкальской нерпы и др.
Морские экосистемы. Скорости поступления загрязняющих веществ в
Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан
сбрасывается до 300 млрд м3 сточных вод, 90 % которых не подвергается
предварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большему
антропогенному воздействию посредством химических токсикантов, которые,
аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи, приводят к гибели
консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных –
морских птиц, например. Среди химических токсикантов наибольшую
опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные
углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть,
свинец, кадмий и др.).
85
Рис.5.8. Экологические последствия загрязнения Мирового океана
По Ю.А.Израэлю (1985), экологические последствия загрязнения
морских экосистем выражаются в следующих процессах и явлениях (рис. 5.8):
- нарушении устойчивости экосистем;
- прогрессирующей эвтрофикации;
- появлении «красных приливов»;
- накоплении химических токсикантов в биоте;
- снижении биологической продуктивности;
- возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде;
- микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря.
До определенного предела морские экосистемы могут противостоять
вредным воздействиям химических токсикантов, используя накопительную,
окислительную и минерализующую Функции гидробионтов. Так, например,
двустворчатые моллюски способны аккумулировать один из самых токсичных
пестицидов – ДДТ и при благоприятных условиях выводить его из организма.
(ДДТ, как известно, запрещен в России, США и некоторых других странах,
тем не менее он поступает в Мировой океан в значительном количестве.)
Ученые доказали и существование в водах Мирового океана интенсивных
процессов биотрансформации опасного загрязнителя – бенз(а)пирена,
благодаря наличию в открытых и полузакрытых акваториях гетеротрофной
микрофлоры. Установлено также, что микроорганизмы водоемов и донных
отложений обладают достаточно развитым механизмом устойчивости к
тяжелым металлам, в частности, они способны продуцировать сероводород,
внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые, взаимодействуя с
тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы.
В то же время в океан продолжают поступать все новые и новые
токсичные загрязняющие вещества. Все более острый характер приобретают
проблемы эвтрофирования и микробиологического загрязнения прибрежных
зон океана. В связи с этим важное значение имеет определение допустимого
антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их
ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способности
биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению загрязняющих
веществ.
Для здоровья человека неблагоприятные последствия при использовании
загрязненной воды, а также при контакте с ней (купание, стирка, рыбная ловля
и др.) проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате
биологического накопления по длинным пищевым цепям типа: вода —
планктон — рыбы – человек или вода – почва – растения – животные –
86
человек, и др.
При непосредственном контакте человека с бактериально загрязненной
водой, а также при проживании или нахождении близ водоема различные
паразиты могут проникнуть в кожу и вызвать тяжелые заболевания, особенно
характерные для тропиков и субтропиков. В современных условиях
увеличивается опасность и таких эпидемических заболеваний, как холера
брюшной тиф, дизентерия и др.
5.2.3. Истощение подземных и поверхностных вод
Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их
запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или
уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных вод). И то и
другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает
сложившиеся экологические связи в системе «человек – биосфера».
Практически во всех крупных промышленных городах мира, в том числе
в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Харькове, Донецке и других городах, где
подземные воды длительное время эксплуатировались мощными
водозаборами, возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с
радиусами до 20 км и более. Так, например, усиление водоотбора подземных
вод в Москве привело к формированию огромной районной депрессии с
глубиной до 70–80 м, а в отдельных районах города – до 110 м и более. Все это
в конечном счете приводит к значительному истощению подземных вод.
По данным Государственного водного кадастра, в 90-е годы в нашей
стране в процессе работы подземных водозаборов отбиралось свыше 125 млн
м3/сут воды. В результате на значительных территориях резко изменились
условия взаимосвязи подземных вод с другими компонентами природной
среды, нарушилось функционирование наземных экосистем. Интенсивная
эксплуатация подземных вод в районах водозаборов и мощный водоотлив из
шахт, карьеров приводят к изменению взаимосвязи поверхностных и
подземных вод, к значительному ущербу речному стоку, к прекращению
деятельности тысяч родников, многих десятков ручьев и небольших рек.
Кроме того, в связи со значительным снижением уровней подземных вод
наблюдаются и другие негативные изменения экологической обстановки:
осушаются заболоченные территории с большим видовым разнообразием
растительности, иссушаются леса, гибнет влаголюбивая растительность –
гигрофиты и др.
Так, например, на Айдосском водозаборе в Центральном Казахстане
произошло понижение подземных вод, которое вызвало высыхание и
отмирание растительности, а также резкое сокращение транспирационного
расхода (Хордикайнен, 1989). Довольно быстро отмерли гигрофиты (ива,
тростник, рогоз, чиевик), частично погибли даже растения с глубоко
проникающей корневой системой (полынь, шиповник, жимолость татарская и
др.); выросли тугайные заросли. Искусственное понижение уровня подземных
87
вод, вызванное интенсивной откачкой, отразилось и на экологическом
состояний прилегающих к водозабору участках долины рек. Этот же
антропогенный фактор приводит к ускорению времени смены сукцессионного
ряда, а также к выпадению отдельных его стадий.
Длительная интенсификация подземных водозаборов в определенных
геолого-гидрогеологических условиях может вызвать медленное оседание и
деформации земной поверхности Последнее негативно сказывается на
состоянии экосистем, особенно прибрежных районов, где затапливаются
пониженные участки и нарушается нормальное функционирование
естественных сообществ организмов и всей среды обитания человека.
Истощению
подземных
вод
способствует
также
длительный
неконтролируемый самоизлив артезианских вод из скважин.
Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем
снижении их минимально допустимого стока. На территории России
поверхностный сток воды распределяется крайне неравномерно. Около 90 %
общего годового стока с территории России выносится в Северный Ледовитый
и Тихий океаны, а на бассейны внутреннего стока (Каспийское и Азовское
море), где проживает свыше 65 % населения России, приходится менее 8 %
общего годового стока.
Именно в этих районах наблюдается истощение поверхностных водных
ресурсов и дефицит пресной воды продолжает расти. Связано это не только с
неблагоприятными климатическими и гидрологическими условиями, но и с
активизацией хозяйственной деятельности человека, которая приводит ко все
более возрастающему загрязнению вод, снижению способности водоемов к
самоочищению, истощению запасов подземных вод, а следовательно, к
снижению родникового стока, подпитывающего водотоки и водоемы.
Серьезнейшая экологическая проблема – восстановление водности и
чистоты малых рек (т. е. рек длиной не более 100 км), наиболее уязвимого
звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее
восприимчивыми
к
антропогенному
воздействию.
Непродуманное
хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных
угодий вызвало их истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и
загрязнение.
В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в европейской
части России, в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них,
катастрофическое. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество
воды неудовлетворительное. Многие из них полностью прекратили свое
существование.
К очень серьезным негативным экологическим последствиям приводит и
изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в
водоемы рек. Так, уровень некогда многоводного Аральского моря начиная с
60-х гг. катастрофически понижается в связи с недопустимо высоким
перезабором воды из Амударьи и Сырдарьи. Приведенные данные
свидетельствуют о нарушении закона целостности биосферы (гл. 7), когда
88
изменение одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех
остальных. В результате объем Аральского моря сократился более чем
наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а соленость воды
(минерализация) увеличилась в 2,5 раза.
Академик Б. Н. Ласкарин по поводу трагедии Аральского моря
высказался следующим образом: «Мы остановились у самого края пропасти...
Арал губили, можно сказать, целенаправленно. Существовала даже некая
антинаучная гипотеза, по которой Арал считался ошибкой природы. Якобы он
мешал осваивать водные ресурсы Сырдарьи и Амударьи (говорили, что
забирая их воду, Арал испаряет ее в воздух). Сторонники этой идеи не думали
ни о рыбе, ни о том, что Арал – центр оазиса».
Осушенное дно Аральского моря становится сегодня крупнейшим
источником пыли и солей. В дельте Амударьи и Сырдарьи на месте гибнущих
тугайных лесов и тростниковых зарослей появляются бесплодные солончаки.
Трансформация фитоценозов на берегу Аральского моря и в дельтах Амударьи
и Сырдарьи происходит на фоне высыхания озер, проток, болот и
повсеместного снижения уровня грунтовых вод, обусловленного падением
уровня моря. В целом перезабор воды из Амударьи и Сырдарьи и падение
уровня моря вызвали такие экологические изменения приаральского
ландшафта, которые могут быть охарактеризованы как опустынивание.
Для сохранения и восстановления Аральского моря, нормализации
экологической,
санитарно-гигиенической
и
социально-экономической
ситуации
в
Приаралье
необходимы совместные усилия
государств Средней Азии и
Казахстана
по
перестройке
экономики этих стран (отказ от
ориентации на чрезвычайно
водоемкие
сельскохозяйственные культуры,
сокращение
орошаемых
площадей и т. д.), постоянная
ориентация на экологически
устойчивое развитие.
К другим весьма значительным видам воздействия
человека на гидросферу, кроме
истощения подземных и поверхностных вод, следует отнести
создание крупных водохранилищ, коренным образом преобразующих природную среду на
прилегающих территориях.
Создание крупных водо89
хранилищ, особенно равнинного типа, для аккумуляции и регулирования
поверхностного стока приводит к разнонаправ-ленным последствиям (рис.
14.5) в окружающей природной среде. Необходимо учитывать, что создание
водохранилищ путем перегораживания русла водотоков плотинами чревато
серьез-ными негативными последствии-ями для большинства гидро-бионтов.
Из-за того, что многие нерестилища рыб оказываются отрезанными
плотинами, резко ухудшается или прекращается естественное воспроизводство
Рис. 5.9. Экологические последствия
многих лососевых, осетровых и
создания водохранилищ
других проходных рыб.
5.3. Антропогенное воздействие на литосферу
Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как
минеральная основа биосферы, в настоящее время подвергается все более
возрастающему
антропогенному
воздействию.
В
эпоху
бурного
экономического развития, когда в процесс производства вовлечена
практически вся биосфера планеты, человек, по гениальному предвидению
В.И.Вернадского, стал «крупнейшей геологической силой», под действием
которой меняется лик Земли.
Уже сегодня воздействие человека на литосферу приближается к
пределам, переход которых может вызвать необратимые процессы почти по
всей поверхностной части земной коры. В процессе преобразования
литосферы человек (по данным на начало 90-х гг.) извлек 125 млрд т угля, 32
млрд т нефти, более 100 млрд т других полезных ископаемых. Распахано более
1500 млн га земель, заболочено и засолено 20 млн га. Эрозией за последние
сто лет уничтожено 2 млн га, площадь оврагов превысила 25 млн га. Высота
терриконов достигает 300 м, горных отвалов – 150 м, глубина шахт,
пройденных для добычи золота, превышает 4 км (Южная Африка), нефтяных
скважин – 6 км.
Экологическая функция литосферы выражается в том, что она является
«базовой подсистемой биосферы: образно говоря, вся континентальная и
почти вся морская биота опирается на земную кору. Например, техногенное
разрушение минимального слоя горных пород на суше или шельфе
автоматически уничтожает биоценоз. Но, кроме того, литосфера служит
основным поставщиком минерально-сырьевых и в том числе энергетических
ресурсов, большая часть которых относится к невозобновимым».
Рассмотрим
техногенные
изменения
следующих
основных
составляющих литосферы: 1) почв; 2) горных пород и их массивов; 3) недр.
5.3.1. Загрязнение почвы
Почва – один из важнейших компонентов окружающей природной
среды. Все основные ее экологические функции замыкаются на одном
90
обобщающем показателе – почвенном плодородии. Отчуждая с полей
основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома,
листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью
биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к
саморегуляции и снижает ее плодородие. Даже частичная потеря гумуса и, как
следствие, снижение плодородия, не дает почве возможность выполнять в
полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т. е.
ухудшать свои свойства. К деградации почв (земель) ведут и другие причины,
преимущественно антропогенного характера.
В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина
неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена их упрощенным
фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию,
постоянство структуры и продуктивности. И если у природных экосистем
биологическая продуктивность обеспечивается действием естественных
законов природы, то выход первичной продукции (урожая) в агроэкосистемах
всецело зависит от такого субъективного фактора, как человек, уровня его
агрономических
знаний,
технической
оснащенности,
социальноэкономических условий и т. д., а значит, остается непостоянным.
Например, в случае создания человеком монокультуры (пшеницы,
свеклы, кукурузы и т. д.) в агроэкосистеме нарушается видовое разнообразие
растительных сообществ. Агроэкосистема упрощается, обедняется и
становится неустойчивой, неспособной противостоять абиотическому или
биотическом экологическому стрессу.
Основные виды антропогенного воздействия на почвы следующие:
1) эрозия (ветровая и водная);
2) загрязнение;
3) вторичное засоление и заболачивание;
4) опустынивание;
5) отчуждение земель для промышленного и коммунального
строительства.
5.3.2. Эрозия почв (земель)
Эрозия почв (от лат. erosio – разъедание) – разрушение и снос верхних
наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая
эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению
в процессе эрозии, называют эродированными.
К эрозионным процессам относят также промышленную эрозию
(разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке
карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при
интенсивной пастьбе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке
каналов и нарушении норм поливов) и др.
Однако настоящим бичом земледелия у нас в стране и в мире остаются
водная эрозия (ей подвержены 31 % суши) и ветровая эрозия (дефляция),
91
активно действующая на 34 % поверхности суши. В США эродировано, т. е.
подвержено эрозии, 40 % всех сельскохозяйственных земель, а в засушливых
районах мира еще больше – 60 % от общей площади, из них 20 % сильно
эродированы.
Эрозия оказывает существенное негативное влияние на состояние
почвенного покрова, а во многих случаях разрушает его полностью. Падает
биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи и качество
зерновых культур, хлопка, чая и др.
Ветровая эрозия (дефляция) почв. Под ветровой эрозией понимают
выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром.
Интенсивность ветровой эрозии зависит от скорости ветра, устойчивости
почвы, наличия растительного покрова, особенностей рельефа и от других
факторов. Огромное влияние на ее развитие оказывают антропогенные
факторы. Например, уничтожение растительности, нерегулируемый выпас
скота, неправильное применение агротехнических мер резко активизируют
эрозионные процессы.
Различают местную (повседневную) ветровую эрозию и пыльные бури.
Первая проявляется в виде поземок и столбов пыли при небольших скоростях
ветра.
Пыльные бури возникают при очень сильных и продолжительных
ветрах. Скорость ветра достигает 20–30 м/с и более. Наиболее часто пыльные
бури наблюдаются в засушливых районах (сухие степи, полупустыни,
пустыни). Пыльные бури безвозвратно уносят самый плодородный верхний
слой почв; они способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1 га
пашни, негативно влияют на все компоненты окружающей природной среды,
загрязняют атмосферный воздух, водоемы, отрицательно влияют на здоровье
человека.
В нашей стране пыльные бури неоднократно возникали в Нижнем
Поволжье, на Северном Кавказе, в Башкирии и в других районах.
Опустошительная пыльная буря отмечалась в апреле 1928 г., когда пострадала
огромная площадь земель от Дона до Днепра. Ветер поднял более 15 млн т
черноземной пыли до высоты 400–700 м, выдувание почвы достигло 10–12 см,
а местами – 25 см, т. е. практически почва была унесена на ту глубину, на
которую она была вспахана.
Старожилы на Северном Кавказе хорошо помнят пыльную бурю,
охватившую в марте – апреле 1960 г. значительную часть Северного Кавказа,
Нижнего Дона и южную Украину. На огромной территории был снесен слой
плодородной почвы толщиной до 10 см, повреждены озимые, засыпаны
многие оросительные каналы. Вдоль полезащитных лесонасаждений,
железнодорожных насыпей образовались земляные валы высотой до 2–3
метров.
В настоящее время крупнейший источник пыли – Арал. На космических
снимках видны шлейфы пыли, которые тянутся в стороны от Арала на многие
сотни километров. Общая масса переносимой ветром пыли в районе Арала
92
достигает 90 млн т в год. Другой крупный пылевой очаг в России – Черные
земли Калмыкии.
Водная эрозия почв (земель). Под водной эрозией понимают разрушение
почв под действием временных водных потоков. Различают следующие формы
водной эрозии: плоскостную, струйчатую, овражную, береговую. Как и в
случае ветровой эрозии, условия для проявления водной эрозии создают
природные факторы, а основной причиной ее развития является
производственная и иная деятельность человека. В частности, появление
новой тяжелой почвообрабатывающей техники, разрушающей структуру
почвы, – одна из причин активизации водной эрозии в последние десятилетия.
Другие негативные антропогенные факторы: уничтожение растительности и
лесов, чрезмерный выпас скота, отвальная обработка почв и др.
Среди различных форм проявления водной эрозии значительный вред
окружающей природной среде и в первую очередь почвам приносит овражная
эрозия. Экологический ущерб от оврагов огромен. Овраги уничтожают ценные
сельскохозяйственные земли, способствуют интенсивному смыву почвенного
покрова заиливают малые реки и водохранилища, создают густорасчлененный
рельеф (рис. 15.1), Площадь оврагов только на территории Русской равнины
составляет 5 млн га и продолжает увеличиваться. Подсчитано, что ежедневные
потери почв из-за развития оврагов достигают 100–200 га.
5.3.3. Загрязнение почв
Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие концентрации в
почве различных химических соединений – токсикантов пагубно влияют на
жизнедеятельность почвенных организмов. При этом теряется способность
почвы к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных
микроорганизмов, что чревато тяжелыми последствиями для человека,
растительного и животного мира. Например, в сильно загрязненных почвах
возбудители тифа и паратифа могут сохраняться до полутора лет, тогда как в
незагрязненных – лишь в течение двух-трех суток.
Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); 2)
минеральные удобрения; 3) отходы и отбросы производства; 4) газо-дымовые
выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты.
В мире ежегодно производится более миллиона тонн пестицидов. Только
в России используется более 100 индивидуальных пестицидов при общем
годовом объеме их производства – 100 тыс. т. Наиболее загрязненными
пестицидами районами являются Краснодарский край и Ростовская область (в
среднем около 20 кг на 1 га). В России на одного жителя в год приходится
около 1 кг пестицидов, во многих других развитых промышленных странах
мира эта величина существенно выше. Мировое производство пестицидов
постоянно растет.
В настоящее время влияние пестицидов на здоровье населения многие
ученые приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ.
93
Достоверно установлено, что при применении пестицидов, наряду с
некоторым увеличением урожайности, отмечается рост видового состава
вредителей, ухудшаются пищевые качества и сохранность продукции,
утрачивается естественное плодородие и т. д.
По мнению ученых, подавляющая часть применяемых пестицидов
попадает в окружающую среду (воду, воздух), минуя виды-мишени.
Пестициды вызывают глубокие измерения всей экосистемы, действуя на все
живые организмы, в то время как человек использует их для уничтожения
весьма ограниченного числа видов организмов. В результате наблюдается
интоксикация огромного числа других биологических видов (полезных
насекомых, птиц) вплоть до их исчезновения. К тому же человек старается
использовать значительно больше пестицидов, чем это необходимо, и еще
более усугубляет проблему.
Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие
хлорорганические соединения (ДДТ, ГХБ, ГХЦГ), которые могут сохраняться
в почвах в течение многих лет и даже малые их концентрации в результате
биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов. Но
и в ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему
организма, а в более высоких концентрациях обладают выраженными
мутагенными и канцерогенными свойствами. Попадая в организм человека,
пестициды могут вызвать не только быстрый рост злокачественных
новообразований, но и поражать организм генетически, что может
представлять серьезную опасность для здоровья будущих поколений. Вот
почему применение наиболее опасного из них – ДДТ в нашей стране и в ряде
других стран запрещено.
Рис. 5.10. Движение пестицидов в биосфере.
Значительная часть пестицидов не достигает обрабатываемой территории,
сносится и оседает в более или менее удаленных экосистемах
(по Rudd, 1971;с изменениями)
94
Таким образом, можно с уверенностью констатировать, что общий
экологический вред от использования загрязняющих почву пестицидов
многократно превышает пользу от их применения. Воздействие пестицидов
оказывается весьма негативным не только для человека, но и для всей фауны и
флоры. Растительный покров оказался очень чувствительным к действию
пестицидов, причем не только в зонах его применения, но и в местах,
достаточно удаленных от них, из-за переноса загрязняющих веществ ветром
или поверхностным стоком воды (рис. 5.10).
Пестициды способны проникать в растения из загрязненной почвы через
корневую систему, накапливаться в биомассе и впоследствии заражать
пищевую цепь. При распылении пестицидов наблюдается значительная
интоксикация птиц (орнитофауны). Особенно страдают популяции певчих и
перелетных дроздов, жаворонков и других воробьиных.
Работами отечественных и зарубежных исследователей неопровержимо
доказано, что загрязнение почв пестицидами вызывает не только
интоксикацию человека и большого числа видов животных, но и ведет к
существенному нарушению воспроизводящих функций и, как следствие, к
тяжелым демо-экологическим последствиям. С длительным применением
пестицидов связывают также развитие резистентных (устойчивых) рас
вредителей и появление новых вредных организмов, естественные враги
которых были уничтожены.
Почвы загрязняются и минеральными удобрениями, если их используют
в неумеренных количествах, теряют при производстве, транспортировке и
хранении. Из азотных, суперфосфатных и других типов удобрений в почву в
больших количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие
соединения. Б.Коммонер (1970) установил, что при самых благоприятных
условиях из всего количества азотных удобрений, применяемых в США,
поглощается растениями 80%, а в среднем по стране лишь 50 %. Это приводит
к нарушению биогеохимического круговорота азота, фосфора и некоторых
других элементов. Экологические последствия такого нарушения в
наибольшей степени проявляются в водной среде, в частности при
формировании эвтрофии, которая возникает при смыве с почв избыточного
количества азота, фосфора и других элементов.
В последнее время выявлен еще один неблагоприятный аспект
неумеренного потребления минеральных удобрений, и в первую очередь
нитратов. Оказалось, что большое количество нитратов снижает содержание
кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу
двух «парниковых» газов – закиси азота и метана. Нитраты опасны и для
человека. Так, при поступлении нитратов в человеческий организм в
концентрации свыше 50 мг/л отмечается их прямое общетоксическое
воздействие, в частности возникновение метгемоглобинемии вследствие
биологических превращений нитратов в нитриты и другие токсичные
соединения азота. Неумеренное потребление минеральных удобрений
95
вызывает в ряде районов и нежелательное подкисление почв.
К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы
производства. В нашей стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн
промышленных отходов, из них более 50 млн т особо токсичных. Огромные
площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др.,
которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к самоочищению, как
известно, ограничена.
Огромный вред для нормального функционирования почв представляют
газо-дымовые выбросы промышленных предприятий. Почва обладает
способностью накапливать весьма опасные для здоровья человека
загрязняющие вещества, например тяжелые металлы (табл. 5.6). Вблизи
ртутного комбината содержание ртути в почве из-за газо-дымовых выбросов
может повышаться до концентрации, в сотни раз превышающих допустимые.
Таблица 5.7
Последствия воздействия некоторых тяжелых металлов на здоровье человека
Элементы
Ртуть (Hg)
Мышьяк
(As)
Последствия воздействия элементов
Источники
Повышенные концентрации
Нервные
расстройства
(болезнь Загрязненные
почвы,
Минамата); нарушение функций поверхностные
и
желудочно-кишечного тракта, почек; подземные воды
изменение в хромосомах
Раковые
заболевания
кожи, Загрязненные
почвы,
интоксикация,
периферические протравленное зерно
невриты
Окончание таблицы 5.7
Свинец (РЬ) Разрушение
костных
тканей,
задержка синтеза протеина в крови,
нарушение нервной системы и почек
Медь (Си)
Органические изменения в тканях,
распад костной ткани, гепатит
Кадмий
(Cd)
Загрязненные
почвы,
поверхностные
и
подземные воды
Загрязненные
почвы,
поверхностные
и
подземные воды
Цирроз печени, нарушение функций Загрязненные почвы
почек, протеинурия
Значительное количество свинца содержат почвы, находящиеся в
непосредственной близости от автомобильных дорог. Результаты анализа
образцов почвы, отобранных на расстоянии нескольких метров от дороги,
показывают 30-кратное превышение концентрации свинца по сравнению с его
содержанием (20 мкг/г) в почве незагрязненных районов (Загрязнение
воздуха..., 1988).
96
По данным агрохимической службы России (1997), почти 0,4 млн га в
нашей стране оказались загрязненными медью, свинцом, кадмием и др. Еще
больше земель были загрязнены радионуклидами и радиоактивными
изотопами в результате Чернобыльской катастрофы.
Одной из серьезных экологических проблем России становится
загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих
районах, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и др. Причины
загрязне-ния – аварии на магистральных и внутрипромысловых
нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и
технологические выбросы и т. д. В результате, например, в отдельных районах
Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в
почвах превышают фоновые значения в ISO-ISO раз. На Тюменском Севере
площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5 %, т. е. на 6 млн га,
замазученными оказались 30 тыс. га. В Западной Сибири выявлено свыше 20
тыс. га, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее 5 см
(Государственный доклад..., 1995).
Значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв
различными патогенами, которые могут проникать в организм человека
следующим образом:
- во-первых, через цепь: «человек – почва – человек». Патогенные
организмы выделяются зараженным человеком и чеез почву передаются
другому, либо через выращенные на зараженной почве овощи и фрукты. Так
человек может заболеть холерой, бациллярной дизентерией, брюшным тифом,
паратифом и др. Аналогичным путем в организм человека могут попадать и
черви-паразиты;
- во-вторых, через цепь: «животные – почва – человек». Существуют ряд
заболеваний животных, которые передаются человеку (лептосориаз, сибирская
язва, туляремия, лихорадка Ку и др.) путем прямого контакта с почвой,
загрязненной выделениями инфицированных животных;
- в-третьих, через цепь: «почва – человек», когда патогенные организмы
попадают из нее в организм человека при прямом контакте (столбняк,
ботулизм, микозы и др.).
5.3.4. Вторичное засоление и заболачивание почв
В процессе хозяйственной деятельности человек может усиливать
природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного
засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в
засушливых районах.
Во всем мире процессам вторичного засоления и осолонцевания
подвержено около 30 % орошаемых земель. Площадь засоленных почв в
России составляет 36 млн га (18 % общей площади орошаемых земель).
Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического
97
круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов,
появляются новые растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд
наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов,
усиливаются миграционные процессы.
Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах,
например, в Нечерноземной зоне России, на Западно-Сибирской низменности,
в зонах вечной мерзлоты. Заболачивание почв сопровождается
деградационными процессами в биоценозах, появлением признаков оглеения и
накоплением на поверхности неразложившихся остатков. Заболачивание
ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.
5.3.5. Опустынивание
Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей
окружающей природной среды в целом, является опустынивание. По
Б.Г.Розанову (1984), опустынивание – это процесс необратимого изменения
почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который
в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного
потенциала и превращению территории в пустыню.
Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд га практически
на всех континентах (рис. 15.3). Причины и основные факторы опустынивания
различны (рис. 15.4). Как правило, к опустыниванию приводит сочетание
нескольких факторов, совместное действие которых резко ухудшает
экологическую ситуацию.
На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются физические
свойства почв, гибнет растительность, засоляется грунтовые воды, резко
падает биологическая продуктивность, а следовательно, подрывается и
способность экосистем восстанавливаться. «И если эрозию можно назвать
недугом ландшафта, то опустынивание – это его смерть» (Доклад ФАО 9ОН).
Процесс этот получил столь широкое распространение, что явился предметом
международной, программы «Опустынивание». В докладе ЮНЕП
(организация ООН по окружающей среде) подчеркивается, что опустынивание
– это результат длительного исторического процесса, в ходе которого
неблагоприятные явления природы и деятельность человека, усиливая друг
друга, приводят к изменению характеристик природной среды.
98
Рис.5.11. Пустыни и территории, подвергающиеся опустыниванию
Степень опустынивания: 1 – очень высокая; 2 – высокая; 3 – умеренная;
4 – гипераридные пустыни
Опустынивание является одновременно социально-экономическим и
природным процессом, оно угрожает примерно 3,2 млрд га земель, на которых
проживают более 700 млн человек. Особенно опасное положение сложилось в
Африке в зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Буркина Фасо, Мали и др.) –
переходной биоклиматической зоне (шириной до 400 км) между пустыней
Сахара на севере и саванной на юге.
Причина катастрофического положения в Сахеле обусловлена
сочетанием двух факторов: 1) усилением воздействия человека на природные
экосистемы с целью обеспечения продовольствием быстро растущего
населения и
2) изменившимися метеорологическими условиями
(длительными засухами). Интенсивный выпас скота приводит к чрезмерной
нагрузке на пастбища и уничтожению и без того разреженной растительности
с низкой естественной продуктивностью. Опустыниванию способствует также
массовое выжигание прошлогодней сухой травы, особенно после периода
дождей, интенсивная распашка, снижение уровня грунтовых вод и др.
Выбитая растительность и сильно разрыхленные почвы создают условия для
интенсивного выдувания (дефляции) поверхностного слоя земли. Изменение
природных комплексов и их деградация особенно заметны в период засух.
Основные факторы и причины развития
Природные
Антропогенные
99
Неблагоприятные
метеоусловия
(длительные засухи)
Сведение лесов
(вырубка деревьев,
кустарников)
Засолоние почв
Чрезмерная нагрузка
на пастбища
Преобладание легких
суглинисто-супесчаных
почв
Интенсивная распашка,
ускоренная дефляция
Снижение уровня
подземных вод
Нерациональное
использование, падение
уровня грунтовых вод
Ветровая и водная
эррозия
Выжигание
прошлогодней сухой
травы
Рис. 5.12. Основные факторы и причины развития опустынивания
Многие экологи считают, что в списке злодеяний против окружающей
среды на второе место после гибели лесов можно поставить «опустынивание».
На территории СНГ опустыниванию подвержено Приаралье, Прибалхашье,
Черные земли в Калмыкии и Астраханской области и некоторые другие
районы. Все они относятся к зонам экологического бедствия и их состояние
продолжает ухудшаться.
В результате непродуманной хозяйственной деятельности на этих
территориях произошли глубокие необратимые деградационные изменения
природной среды и в первую очередь ее эдафической части. Это повлекло за
собой резкое снижение био- разнообразия фито- и зооценозов и разрушение
природных экосистем. Специалисты отмечают, что там, где по условиям рельефа, качества почвы, мощности первостоя можно было выпасать только одну
овцу, выпасалось в десятки раз больше. В результате травянистые пастбища
превратились в эродированные земли. Так, например, только за последние
пять лет площадь подвижных песков в Калмыкии увеличилась более чем на 50
тыс. га.
Очередное значение для ее гомеостаза имеют целостность и
100
устойчивость природных экосистем.
ГЛАВА 6. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И СПОСОБЫ ОЦЕНКИ
ФАКТИЧЕСКИХ И ВЕРОЯТНЫХ АНТРОПОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
6.1. Главные принципы организации и способы выполнения
природоохранных исследований
6.1.1. Состояние проблемы
Наиболее эффективными на данный момент принципами организации
экологических и природоохранных исследований представляются:
—
сопряженность
мониторинга
систематических
проявлений
естественной эволюции важнейших компонентов основных геосфер и явно
антропогенно-обусловленных
изменений
конкретных
природнотерриториальных комплексов;
– финансовая и административная независимость экологических
исследований от основных природозагрязняющих ведомств и конъюктурных
узкогрупповых и локальных интересов;
– свобода доступа ответственных исполнителей природоохранных
исследований ко всей экологической информации федеральных и
региональных учреждений;
– приоритетность представительного анализа динамики состояния
здоровья местных жителей и их общего благополучия, физического духовного
развития детей и молодежи;
– обязательность сугубо аналитических и экспертных оценок
доминирующих тенденций естественной эволюции и антропогеннообусловленных изменений лито-, гидро-, атмосферы, почв и биосфер
применительно к типоморфным в регионе элементам естественного
ландшафта и природно-территориальных комплексов, с выяснением
взаимовлияния изменений главных компонентов основных геосфер в
различном сочетании природных и антропогенных факторов;
– недопустимость механического распространения разработанные в
конкретных природно-антропогенных условиях методик инвентаризации
экологического состояния территорий на принципиально иные по истории
геологического развития, физгеографическим особенностям и промышленной
или сельскохозяйственной специализации регионы;
–
благоприятствование
сотрудничеству
экологических
и
природоохранных служб различных ведомств и уровней региональных,
федеральных и международных;
– обязательность предваряющего учета всех архивно-краеведческих,
фондовых и других сведений о случавшихся в регионе природных
101
катастрофах, эпидемиях, необычайных болезнях и т.п.
– незамедлительность и полнота учета результатов экологических
исследований на благо общественных интересов региона и страны в целом.
При этом для получения прямых количественных данных о
концентрациях загрязнителей могут, наряду с наземными специально
выбранными и соответственно оборудованными опорными пунктами
опробования и анализа атмосферного воздуха, воды, почвы и различные
органов дикорастущих и сельскохозяйственных растений, использоваться и
системы датчиков, установленных на самолетах и искусственных спутниках
Земли.
Современные авиакосмические датчики способны регулярно, с учетом
состояния погодных условий и других факторов, фиксировать в атмосфере
конкретного района содержания SO2, NO2,CO2,CH4 и др.
Важным биосферным показателем состояния природной среды
биотической области и ее различных районов служит характер растительного
покрова, прежде всего интенсивность его развития, степень доминантности
эндемиков, устойчивость популяций, соотношение видового состава особенно
лесных массивов и тенденции его изменения с. увеличением возраста,
например, лесов и т.п.
Ю.Одум вполне резонно подчеркивает высокую экологическую
информативность следующих биологических показателей:
– отношения суммарного количества хлорофилла к биомассе организма;
– динамики среднего размера организмов;
– содержания гемоглобина в биомассе животных (как показатель
достаточности или дефицита содержания кислорода в природной среде);
– количества пигмента синезеленых водорослей (как показателя
углеводородного загрязнения и т.п.).
Кроме того, естественно, должны сполна учитываться биоиндикаторы
состояния природной. Первоочередного внимания заслуживают прямые или
косвенные данные о вероятности загрязнения природно-территориального
комплекса опасными болезнетворными микробами; о тенденциях снижения
растворенного в водах кислорода; о нарастании концентрации галогеноуглеводородных соединений (способных разрушающе действовать на
озоновый слой атмосферы).
Также подлежат анализу: динамика концентрации продуктов снижении
топлива и бытовых отходов; усиление мутности воды; отмирание болот или
интенсивный рост заболачивания; состояние пойменной растительности;
защищенность подземных вод от фильтрационного воздействия;
характер радиоактивности; степень пестицидного заражения и т.д.
Для оперативной оценки характера загрязнения конкретных районов
целесообразно иметь геохимическую информацию о доминирующей здесь
экосистеме в целом. Она должна охватывать представителей продуцентов,
консументов (в том числе вторичных), а также детритофагов и редуцентов;
102
Таким образом, своевременно могут быть установлены на опасные
загрязнители, намечены их вероятные первоисточники определены пути
нейтрализации.
При подходах к приближенной оценке вероятности послед
экологических изменений в финансовых расчетах затрат должны учитываться:
– средства для лечения пострадавших людей и обеспечения их
соответствующими бытовыми и другими услугами;
– стоимость ликвидации последствий;
– эффект морального урона общества;
– прямые убытки от потерь всех видов природных ресурсов облости, в
том числе промышленных запасов сырья, а также от повреждения различных
материальных ценностей и дезорганизации производства.
Важнейшей международной формой охраняемых в экологических целях
территорий, согласно программе ЮНЕСКО, являются биосферные
заповедники, предназначенные для сохранения и восстановления уникальных
экосистем.
Среди других типов охраняемых территории достаточно ценны
заповедники, представляющие собой своеобразные эталоны первозданной
природы, а также участки территорий с реликтамии уникальных ландшафтов.
В заповедниках исключается любая производственная деятельность и другие
явления, осложняющие охрану редких и исчезаюших видов, сохранность
геофонда растений и животных.
Подобным образом выделяются в качестве охраняемых объектов
памятники природы, имеющие важное научное, оздоровительное,
эстетическое значение и т.п.
Пользующиеся частичным охранным режимом заказники-резерваты
также довольно ценны для получения объективных данных о тенденциях
изменения экологических условий в конкретных района и ландшафтных
обстановках.
Важнейшее значение для комплексных экологических исследований и
соответствующего воспитания людей имеют национальные (природные)
парки, являющиеся в ряде стран главной категорией охраняемых ландшафтов
и имеющие оздоровительное, эстетическое значение и т.п.
Большого внимания в плане экологической безопасности населения
заслуживает и охрана реликтов водораздельных, верховых, пойменных и
других лесных массивов, способствующих защите водоносных горизонтов,
источников лечебных минеральных вод и т.п.
6. 1.2. Экологический мониторинг
Для сохранения экологической сбалансированности необходимо вести
текущий учет и измерение происходящих изменений в окружающей среде с
точки зрения ухудшения ее качества, и прогноз этих изменений и связанных с
ними экологических последствий.
103
В конкретных ситуациях возможны самые разнообразные варианты
нарушений: отказ систем очистки выбросов или оборотного водоснабжения,
или
глобальные погодно-климатические нарушения, из-за которых
параметры качества cреды могут неожиданно изменится.
Поэтому, чтобы управлять природопользованием, не допуская или
одновременно предупреждая нежелательные отклонения качества cреды,
необходимо определить оптимальные критерии cреды, благоприятные для
общества.
Критериями качества Среды могут быть высокая биологическая
продуктивность, оптимальное соотношение видов и биомассы популяций,
находящихся на разных трофических уровнях и др.
Качество cреды может быть выражено в абсолютных или условных
единицах (баллах), характеризующих каждый из критериев или параметров.
Суммарное значение этих баллов и дает оценку состояния Среды в данном
районе.
Так в США существует подобный бальный показатель: мах. значение –
700 (для лучших условий), в 1969 – 406 баллов, в 1977 – 343 балла.
Фоновый показатель – который был ранее до антропогенного
воздействия.
Параметры такого фонового состояния меняются под влиянием
деятельности человека, причем существуют некоторые критические уровни
качества Среды ( мин. и мах.), в пределах которых посторонние воздействия
не должны выводить данную систему из состояния устойчивости, ибо в ней
могут произойти необратимые изменения. Таким образом для нормального
функционирования и устойчивости экологических систем и биосферы в целом
не следует превышать определенные предельные нагрузки на них
ПДЭН или предельно допустимые концентрации тех или иных чуждых
данной системе веществ ксенобиотиков (ПДК)
6.1.3. Определение и содержание мониторинга
Под экологическим мониторингом понимают систему наблюдений за
изменениями состояния Среды, вызванными антропогенными причинами,
позволяющими прогнозировать развитие этих изменений (мониторнаблюдающий).
Секретариат ООН по окружающей среде определил экологический
мониторинг как систему повторных наблюдений элементов окружающей
Среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с
заранее подготовленными программами.
Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные или
природно-антропогенные экосистемы.
Цель мониторинга – не пассивная констатация фактов. Он включает
также проведение экспериментов, моделирование процессов в качестве основы
104
прогнозирования.
Задачи – наблюдение за состоянием как отдельных экосистем, так и
задач планетного характера, т.е. системы глобального мониторинга (СГМ).
Базой СГМ является авиационная, космическая и вычислительная
техника. Авивционные методы наблюдения за экосистемами начали
применять еще в 30-ые годы, а с начала 70-х – космические методы. В
настоящее время «аэрокосмические методы», обозначающие совокупность
методов по дистационной индикации экологических систем. Аэрокосмический
мониторинг применяется для инвентаризации и картографирования
природных ресурсов, наблюдения за сезонными и многолетними изменениями
природной Среды, слежения за ее составом и состоянием, а также за
последствиями воздействия хозяцственной деятельности человека.
Локальными задачами мониторинга могут быть, например, слежение за
динамикой популяций вредных организмов, учет движения популяций
охраняемых видов животных. Это позволяет прогнозировать возможный
ущерб лесным и полевым растениям от вредителей и болезней.
Экологический мониторинг должен представлять собой иерархически
организованную систему:
1. Глобального (биосферного) мониторинга, осуществляемого на основе,
которые в последнее время становятся все более и более интенсивным.
2. Национального мониторинга, осуществляемого в пределах
государства специально созданными организациями.
3. Регионального мониторинга, осуществляемого в пределах крупных
районов, например, в пределах геосистем, территориально производственных
комплексов.
4. Локального (биоэкологического) мониторинга, включающего
слежение за изменениями качества Среды в пределах населенных пунктов,
промышленных центров, непосредственно на предприятиях.
Система мониторинга делится на блоки, каждый из которых имеет свои
задачи и базы обеспечения:
– биологический (санитарный) – приземный слой воздуха,
поверхностные и грунтовые воды, промстоки и выбросы, радиация.
– геосистемный (хозяйственный) – изчезающие виды животных и
растений, природные экосистемы, агросистемы.
– биосферный (глобальный) – атмосфера (тропосфера и озоновый экран),
гидросфера, растительный и почвенный покров, животное население.
Сеть биосферных заповедников должна быть составной частью системы
национального мониторинга, т.е. службы контороля и наблюдения
окружающей природной Среды на территории страны, В задачу биосферных
заповедников входит приведение постоянных наблюдений и определение
постоянных параметров современного состояния биосферы и сопоставление
их с изменениями, вызванными антропогенными воздействиями. Должны
вести регулярные и периодические целевые наблюдения над экосистемами с
тем, чтобы выработать научно-обоснованные параметры состояния Среды.
105
Территория заповедника должна зонироваться, иметь центральную зону,
удаленную от источника воздействия не менее 50–100 км.
6.1.4. Известные способы комплексной оценки изменений
географической среды
Для решения данной задачи Л.В.Бахиревой и др. достаточно
обоснованно придается первостепенное значение ряда разномасштабных схем
рационального использования и охраны природной среды, а также
организации литологического мониторинга для главенствующих в районе
типов геологических обстановок и разновидностей местности
Достаточно известным примером научного обеспечения оптимальной
инвентаризации состояния географической среды и определения путей
повышения эффективности природопользования в условиях интенсивного
развития
нефтегазового комплекса России служат работы профессора В.В.Козина
и его коллег по Тюменскому государственному университету. В этих работах
за основу оценки характера и масштабов антропогенного воздействия на
природную среду вполне аргументирование принят ландшафтноэкологический анализ с акцентированием внимания на индикаторных типах
местности и конкретных природно-территориальных комплексах. В.В.Козин и
его соавторы резонно уделяют большое внимание комплексному ландшафтноэкологи-ческому районированию Западной Сибири с учетом устойчивости к
техногенным воздействиям выделяемых ландшафтных элементов и
определением их так называемого фонового (по типу и масштабности)
антропогенного загрязнения на реальный период времени, а также уточнению
их нынешней экологической ценности и вероятной общеэкологической
значимости в перспективе. Интегральным результатом важнейших выводов
таких работ действительно может служить предлагаемая В.В.Козиным и др.
«Карта управления природопользованием» соответствующего масштаба.
6.1.5. Значение интегральных показателей
экологически неблагоприятных изменений среды обитания человека
Применительно
к
наиболее
распространенному
химическому
воздействию на географическую среду в настоящее время широко известен
ряд биологических индикаторов загрязнения природной среды. Среди них
важнейшее значение имеют высшие звенья трофических цепей, например яйцо
кур, в корм которых добавлялась костная мука (из крупного рогатого скота).
Подобное индикаторное значение имеют печень хищных рыб и другие ветви
нарастания степени концентрированности токсичных элементов в живых
организмах.
Важную информацию в этой связи дает и анализ организмов,
обладающих способностью значительного накопления тех или иных веществ.
106
К таким, например, принадлежат грибы, в которых содержание солей тяжелых
металлов, радионуклидов и некоторых других компонентов нередко на
порядок и более выше, чем в почве, воде и атмосфере. Естественно, по ним
можно более оперативно произвести предварительную оценку состояния
окружающей среды и определить пути и методы организации детальных
экологических исследований.
В качестве вспомогательных способов при этом могут использоваться и
некоторые результаты известных обобщений многочисленных фактических
данных по различным регионам. Так, согласно Л.В.Бахиревой и др. [140],
содержание в подземных водах НСО-3, Са2+, СО2- в какой-то мере
характеризует степень равновесия геологической среды с потенциально
возможным развитием карбонатного карста. О сульфатной агрессивности
среды свидетельствует концентрация в воде SO-2 В то же время содержание в
воде NO2 NO3 может рассматриваться как индикатор ее загрязнения бытовыми
отходами, а содержание С1- в гумидных областях указывает на интенсивность
промышленного загрязнения.
В комплексе с рекогносцировочными данными по конкретным регионам
в качестве интегральных показателей уровня изменений гидросферы и ее
важнейших компонентов могут использоваться:
– вариации специфики теплового режима;
– величина общей минерализации;
– рН среды;
– характер содержащихся в воде органических соединений и др.
6.1.6. Косвенные индикаторы антропогенных изменений природной среды
Для своевременной фиксации начала проявления тенденций
экологически неблагоприятных изменений окружающей среды большое
значение имеет использование не только прямых данных, но и косвенных
критериев, особо чутких индикаторов.
В этой связи обеспечение мониторинга, в частности районов морской
нефтегазодобычи, представляется вполне реальным за счет использования
морфоструктурной
интерпретации
радиолокационных
изображений,
получаемых при помощи радиолокатора с синтезированной апертурой,
например с космического аппарата «Алмаз-1». По результатам
дистанционного
радиолокационного
зондирования
шельфа
четко
определяются особенности изменений рельефа морского дна, а также
важнейшие показатели гидрологического и экологического состояний
прибрежных вод.
Применительно
к
нефтегазоносным
бассейнам
континентов
эффективность аэрокосмических методов вряд ли может вызывать сомнения.
В последние годы установлено, что и нарастание степени воздействия
углеводородов на корневые системы растительности надежно обнаруживается
с помощью аэрокосмических снимков. Дело в том, что впитывание
107
растительностью углеводородов обусловливает специфические оттенки ее
окраски, что отражается на спектральной характеристике, фиксируемой на
аэрокосмических снимках.
Кроме того, на участках разлива нефти в течение 3–4 лет гибнет
практически вся растительность. Лишь по мере битуминизации вылившихся
на почве нефтей и преобразования их в твердую корку (с последующей
постепенной деструкцией) вдоль формирующихся в корке трещин
зарождаются некоторые растения (например, в Западной Сибири – хвощ
лесной и долгомошные и зеленые мхи). Постепенно активность
растительности возрастает, обычно вдоль трещин в битуминизированной
нефтяной корке наблюдаются кипрей и осока, вслед за которыми появляются и
некоторые древесные (в первую очередь береза, осина, ива, а позже сосна и
другие хвойные деревья).
Разливы минерализованных вод с отходами буровых растворов,
содержащие нефтепродукты, поверхностно активные вещества и другие
токсичные компоненты, как правило, вызывают почти полную гибель не
только почвенной, но и лесной растительности. Подобные явления нередко
свойственны основаниям кустов скважин и, естественно, легко
устанавливаются дистанционными методами.
Примечательно, что участки сочленения различных типов местности
(например, разнотипных болот или болот и лесных массивов) оказываются
наиболее подверженными авариям нефтегазового производства. Дело в том,
что такие «пограничные» условия часто являются изначально высоко
градиентными,
повышенно
активными
зонами,
способствующими
неустойчивости любых технических сооружений. Кроме того, в их пределах
практически невозможны строгая реализация проектных технологий
строительных работ и обеспечение оптимальности режима функционирования
сооружений.
В этой связи представляются совершенно правильными предложения
В.И.Седых о преимуществах размещения технических сооружений не в
болотах и их пограничных с лесными массивами частях, как обычно
практикуется, а на суходолах. Это, несомненно, могло бы резко понизить
уровень аварийности и в конечном счете способствовать уменьшению урона,
наносимого природной среде Западной Сибири и других подобных
территорий.
В методическом плане большого внимания заслуживает отмечаемая
рядом авторов прямая связь ареалов углеводородных аномалий на земной
поверхности и тональности фотоизображений этих участков на
аэрокосмических снимках.
Таким образом, вряд ли могут быть сомнения в первостепенной
значимости современных аэрокосмических данных для обеспечения
рационального природопользования в нефтегазоносных, горнодобывающих и
других регионах, особенно с повышенной антропогенной нагрузкой на
108
геологическую среду, в том числе и морской шельф. При этом нельзя не
учитывать и то обстоятельство, что нагляднейшим показателем
экологического благополучия территорий служат прежде всего состояния
почвенно-растительного
слоя,
степень
деформированности
почв,
стационарность наземной гидросферы и в конечном счете, динамика
продуктивности экосистем.
6.2. Теоретические предпосылки и критерии идентификации
экологически неблагоприятных изменений географической среды
по аэрокосмическим данным
6.2.1. Теоретические основы использования аэрокосмических данных
для оценки антропогенных изменений окружающей среды
Аэрокосмическая съемка производится с помощью определенных
комплексов приборов, в частности многозональной фотоаппаратуры
телекамер, многоспектральных датчиков, термодатчиков и радаров. При этом
изображения различных элементов географической среды передаются на
Землю в виде фотоизображений, электро- и радиосигналов. Большое значение
имеют отмечаемые некоторыми исследователями прямые корреляции
содержания в растениях, например азота и других биогенных элементов и
спектральной яркости посевов.
Для индикации физиологического состояния растений очень эффективен
луч лазера, возбуждающий люминесценцию растений, интенсивность которой
коррелируется с биохимическими особенностями посевов.
В целях корректного использования получаемой аэрокосмическими
методами информации необходимо иметь в виду отражаемые на ней
особенности соотношения энергии и массы. В этой связи достаточно
эффективны три основные типа систем:
– фотографирование в видимой или близкой к ней части спектра (от. 380
до 1000 нм);
– оптико-механическое сканирование в диапазоне от ультрафиолетовых
до инфракрасных частей спектра (300 нм–40 мнм);
– СВЧ-техника для определенных зон длин волн от 1 мм до 1 м. В
отличие от систем, воспринимающих излучаемую из земли энергию на
соответствующих длинах волн, радар представляет собой активую систему,
работающую на СВЧ-частотах, в которой энергия, генерируемая на самолете,
направляется на Землю. Отраженный сигнал улавливается радаром при
помощи антенны, соответствующей данной длине волны. Энергия
отраженного сигнала зависит в первую очередь от ориентации наземного
предмета относительно направления луча, а также от диэлектрических свойств
отражающего материала. Радарное изображение не зависит от погоды и
времени суток, в чем его несомненное достоинство.
109
Информация, полученная сразу в нескольких зонах спектра, часто
оказывается более значительной, чем суммарные сведения по конкретным
зонам в отдельности. Она может достаточно полно отражать зависимость
облика обследуемой среды от состояния биоты и тенденций изменения
природной среды в целом.
Согласно Ю.Одуму и другим исследователям, представительность
получаемой аэрокосмическими методами информации в значительной мере
зависит от характерного для исследуемого объекта соотношения энергии и
массы. Поглощение, излучение, рассеивание и отражение энергии любым
конкретным типом вещества избирательны в отношении длины волны и
специфичны для каждого вещества, поскольку зависят от его атомного и
молекулярного строения.
Соответственно каждый тип биомассы или физического субстрата
излучает спектр характерной частотности и интенсивности. Но
регистрируемый сигнал, проходя сквозь атмосферу, несколько ослабляется, а
кроме того, на него влияет качество используемой электрической системы.
Дистанционные датчики прежде всего воспринимают сигналы от
поверхности листьев растений. Падающую на листья солнечную энергию в
видимой и близкой инфракрасной частях спектра кутикула и эпидермис
листьев отражают и излучают слабо и не очень селективно. Хлорофилл
поглощает более 80 % энергии красного и синего краев видимого спектра,
падающего на поверхность листьев, тогда как 40 % зеленого света отражается.
На ближайшую инфракрасную часть спектра хлоропласты влияют мало, но на
нее оказывает сильное воздействие изменение коэффициента преломления на
границе воздуха с межклеточным пространством.
С самолета, оборудованного устройством для сканирования в области
теплового излучения, возможно нанесение на карту размещения популяций
крупных животных.
Известные датчики теплового излучения позволяют создавать
кодируемые контурные карты, соответствующие распределению температур
на поверхности обследованного района в определенное время, что очень
важно для суждения о динамике состояния среды и районирования
территорий.
С учетом вышеотмеченного используемые на аэрокосмических
аппаратах дистанционные датчики вполне приемлемы для решения
следующих природоохранных задач:
1) инвентаризация и картографирование природных ресурсов;
2) количественная оценка важнейших параметров природной среды;
3) анализ потоков вещества и энергии в экосистемах;
4) обнаружение существенных изменений в экосистемах и оценка
динамики этих изменений, обнаружение корреляции динамики с другими
особенностями исследуемых природно-территориальных комплексов.
Для правильной интерпретации аэрокосмических данных необходимо
«эталонирование» используемых методов на детально изученных (прежде
110
всего наземно) типичных участках местности, в характерных экосистемах.
В комплексе с аэрокосмическими должны сопряженно производиться и
соответствующие специализированные наземные исследования. Лишь
заверенные таким способом индикаторы, получаемые аэрокосмическими
методами, могут эффективно распространяться на другие однотипные
системы.
С собственно геологических и геохимических позиций теоретической
основой правомерности использования аэрокосмических данных служит в
первую очередь следующее обстоятельство. Как известно, геодинамические,
разнообразные физические, химические и другие антропогенные воздействия
на внутреннюю структуру верхних горизонтов литосферы в той или иной мере
(и в соответствующем виде) деформируют облик тектонических образований и
их ландшафтное отображение. Вместе с тем именно общая конфигурация и
внутреннее строение отражающихся на поверхности Земли складчатых
образований
находят
прямое
отображение
на
аэрокосмических
фотоизображениях среднего и крупного масштаба. Кроме того,
многочисленные фактические данные свидетельствуют о том, что
погребенные, глубокозалегающие тектонические структуры, например
осложняющие кристаллический фундамент Западно-Сибирской плиты и
других подобных элементов, в какой-то мере проявляются в строении
осадочного чехла и опосредованно отражаются в специфике ландшафта
территории. А с характером ландшафта обычно коррелируются особенности
фототона аэрокосмических фотоизображений среднего и более детальных
масштабов. Специфика фототона аэрокосмических фотоизображений также
проявляет связь с особенностями химического состава, температурного
режима и других свойств (в том числе и техногенно-обусловленных)
поверхностных вод.
Таким образом, наиболее значительные технотенные изменения лито- и
гидросферы (в том числе и в зоне сплошного распространения
многолетнемерзлых пород) не менее благоприятны для идентификации по
аэрокосмическим данным, чем обычные геологические, гидрогеологические и
геоморфологические объекты. Общими представляются и требования к
методологии комплексирования аэрокосмических материалов и их
дешифрирования. Они в значительной мере могут базироваться на опыте
аэрокосмических исследований подземных вод в различных регионах бывшего
СССР.
Относительно достоинств использования аэрокосмических данных в
целях выявления экологически неблагоприятных техногенных воздействий на
биосферу, прежде всего на экосистемы регионов, есть основания полагать, что
они вполне реальны при параллельных комплексных наземных биологопочвенных исследованиях в ключевых участках. Сложнее обстоит дело с
изучением загрязнения атмосферы, особенно ее верхних горизонтов,
озонового слоя и т.п. Этот вопрос, видимо, нуждается в специальных
разработках.
111
Совершенно очевидно, что аэрокосмические материалы комплексного
дистанционного зондирования различной высотности и ряда масштабов
изображения достаточно благоприятны для выяснения закономерностей
распространения непосредственных проявлений техногенных процессов и
индикаторов обусловливаемых ими изменений природной среды.
Физиономические компоненты ландшафта (доминирующие типы
местности, мезо- и микроформы рельефа, специфика рисунка гидросети и
контуров водораздельных пространств, характер почв, особенности
растительности и т.п.) обусловливают тип фотоизображений, часто несут
непосредственную информацию о техногенных воздействиях на природную
среду. Вместе с тем большое значение могут иметь и опосредованные
косвенные данные. Например, минерализация грунтовых вод, их
вещественный состав, глубина залегания и другие особенности (в том числе и
техногенно-обусловленные) отражаются на характере растительности, что в
свою очередь может проявляться в специфике фототона аэрокосмических
фотоизображений.
Надо иметь в виду, что при переходе от использования аэрофотоснимков
к космическим данным вследствие увеличения естественной генерализации
мы имеем дело с заменой дифференцированного изображения форм рельефа
их интегральным отображением.
Также надо учитывать зависимость информативности аэрокосмических
материалов от вида и технических параметров съемки, от благоприятствования
условий фотографирования отражению тех или иных компонентов ландшафта,
от индивидуальных особенностей района и свойственных ему природнотерриториальных комплексов и техногенных явлений.
Важно и удачно подобрать снимки с учетом полноты отражения на них
тех или иных компонентов окружающей среды в различные сезоны года и в
разных погодных условиях.
Энергия – общая количественная мера различных форм движения
материи. В физике соответственно различным физическим процессам
различают
Энергию
механическую,
тепловую,
электромагнитную,
гравитационную, ядерную и т. д. Вследствие существования закона
сохранения энергии понятие энергии связывает воедино все явления природы.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГИПЕРСЛОВАРЯ
Словарь межпредметных терминов
Аденозинтрифосфат (АТФ) – нуклеотид, образованный аденозином и
тремя остатками фосфорной кислоты. Во всех живых организмах выполняет
роль универсального аккуммулятора и переносчика энергии. Под действием
специальных ферментов концевые фосфатные группы отщепляются с
112
освобождением энергии, которая идет на мышечное сокращение,
синтетические и другие процессы жизнедеятельности.
Азот – химический элемент V группы периодической системы
Минделеева. Основной компонент воздуха (78 % объема). Азот – один из
основных биогенных элементов, входящий в состав важнейших веществ
живых клеток - белков и нуклеиновых кислот.
Атом – мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его
свойства. В центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором
сосредоточена почти вся масса атома; вокруг движутся электроны,
образующие электронные оболочки, размеры которых определяют размеры
атома. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Число электронов в атоме
равно числу протонов в ядре (заряд всех электронов атома равен заряду ядра),
число протонов равно порядковому номеру элемента в периодической
системе. Атомы могут присоединять или отдавать электроны, становясь
положительно или отрицательно заряженными ионами. Химические свойства
атома определяются в основном числом электронов во внешней оболочке;
соединяясь химически, атомы образуют молекулы.
Водород – Н, химический элемент седьмой группы периодической
системы Менделеева. Соединяется с многими элементами, с кислородом
образует воду. Самый распространенный элемент космоса, составляет (в виде
плазмы) более 70 % Солнца и других звезд, основная часть газов межзвездной
среды и туманностей. На Земле входит в состав воды, живых организмов,
каменного угля, нефти.
Второе начало термодинамики – закон природы, согласно которому
при любом превращении энергии часть ее теряется в виде
низкопотенциального тепла, рассеивающегося в среде (см. энтропия). Поэтому
для работы любой системы необходим приток энергии извне (коэффициент
полезного действия всегда меньше единицы).
Геология – комплекс наук о составе, строении и истории развития
земной коры и Земли.
Катализаторы – вещества, ускоряющие химические реакции. Вещества,
замедляющие реакции называются ингибиторами. В биологии катализаторы
называют ферментами.
Кислород – О, химический элемент четвертой группы периодической
системы Менделеева, в свободном виде встречается в виде двух модификаций – «обычный» кислород (О2) и озон (О3). Кислород химически самый
активный (после фтора) неметалл. С большинством других элементов
(водородом, галогенами, серой, многими металлами и т.д.) взаимодействует
непосредственно (окисление) и, как правило, с выделением энергии. При
повышении температуры скорость окисления возрастает и может начаться
горение. Животные и растения получают необходимую для жизни энергию за
счет
биологического окисления различных
веществ
кислородом,
поступающим в организм при дыхании. Кислород – самый распространенный
на Земле элемент; в виде соединений составляет коло половины массы земной
113
коры; входит в состав воды (88,8 % по массе) и многих тканей живых
организмов (около 70 % по массе). Свободный кислород атмосферы (21 % по
объему) образовался и сохраняется благодаря фотосинтезу. Кислород (или
обогащенный им воздух) применяется в металлургии, химической
промышленности, в медицине. Жидкий кислород – компонент ракетного
топлива.
Кислоты – класс химических соединений, обычно характеризующихся
диссоциацией в водном растворе с образованием ионов H+ (точнее, ионов
H3O+). Присутствие этих ионов обуславливает характерный острый вкус
кислот.
Масса – одна из основных характеристик материи, определяющая ее
инертные и гравитационные свойства. В классической механике масса равна
отношению действующей на тело силы к вызываемому ею ускорению (второй
закон Ньютона) – в этом случае массу называют инертной. Кроме того, масса
создает поле тяготения – гравитационная или тяжелая масса. Инертная и
тяжелая массы равны друг другу.
Органическое вещество – 1) в химии то же, что и органическое
соединение (соединение углерода с другими элементами). 2) В геологии –
сложная смесь природных органических соединений, являющаяся малым
компонентом почв, морей и озерных осадков, осадочных горных пород, а
также поверхностных и подземных вод. Первоисточник органического
вещества в основном растения. Органическое вещество составляет основную
массу углей и горючих сланцев и предположительно являются источником
нефти и горючих сланцев
Первое начало термодинамики – закон природы, гласящий, что
энергия не возникает и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в
другую.
Фосфор – Р, химический элемент пятой группы Менделеева, образует
несколько модификаций. Добывают из апатитов и фосфоритов. Главный
потребитель - сельское хозяйство (фосфорные удобрения), применяются в
спичечном производстве, металлургии, в органическом синтезе и др.
Присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорной кислоты и их
производных.
Энергия – общая количественная мера различных форм движения
материи. В физике соответственно различным физическим процессам
различают
энергию
механическую,
тепловую,
электромагнитную,
гравитационную, ядерную и т. д.
Словарь гипертекстового расширения
Приведены дополнительные формулировки основных терминов,
призванные создать объемное их понимание слушателем. При составлении
были использованы толковые словари по экологии.
114
Антропогенное экологическое сознание – человек есть центр и высшая
цель мироздания.
Возобновляемые энергоресурсы – источники энергии, например,
солнечное излучение, ветер, геотермальная энергия, которые не истощаются
при их использовании.
Второй основной принцип функционирования экосистем –
экосистемы существуют за счет солнечной энергии, которая доступна в
избытке, неисчерпаема и не загрязняет среду.
Выживание наиболее приспособленных – концепция, согласно
которой особи, лучше других адаптированные к биотическим и абиотическим
факторам окружающей среды, с большей вероятностью выживают и
размножаются (см. естественный отбор).
Гейдельбергский человек – ископаемый человек, близкий к
питекантропам. В 1907 году найдены остатки близ Гейдельберга (ФРГ). Жили
около 400 тысяч лет назад.
Демографический взрыв – резкое ускорение темпов роста населения.
Диапазон устойчивости – диапазон условий в пределах которого
организм или популяция могут жить и размножаться (диапазон температур,
влажности, концентрации биогенов и др.).
Денитрофицирующие бактерии – бактерии, восстанавливающие
содержащиеся в почве и водоемах нитраты и нитриты до молекул азота или
закиси азота.
Дыхание клеточное – химический процесс распада органических
молекул в клетке с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности.
У большинства организмов это катализируемое ферментами многоступенчатое
разложение глюкозы в присутствии кислорода до диоксида углерода и воды.
Закон лимитирующих факторов – развитие системы ограничивается
или прекращается, если хотя бы один необходимый для жизнедеятельности
системы фактор оказывается за пределами зоны оптимума или диапазона
устойчивости.
Искусственная экосистема – экосистема, созданная человеком.
Кинетическая энергия – энергия системы, зависящая от движения.
Критическая численность – минимальное число особей определенного
вида, необходимое для сохранения здоровой, жизнеспособной популяции. При
падении численности ниже критической вымирание почти неизбежно.
Лимитирующий фактор – фактор, в наибольшей мере ответственный за
ограничение роста и(или) размножения организма или популяции. Может
быть физическим (например, низкая температура), химическим (недостаток
биогена), биологическим (наличие паразитов или болезнетворных бактерий).
Максимальная устойчивая эксплуатация – максимальное количество
(возобновляемого) ресурса, которое можно потреблять неопределенно долго,
не истощая его запасов (соответствует способности системы к
возобновлению).
115
Невозобновляемые ресурсы – ресурсы руд, нефти, угля, запасы
которых в земной коре ограничены и не пополняются за счет природных
процессов.
Нитрифицирующие бактерии – превращают аммиак и аммонийные
соли в соли азотной кислоты – нитраты, нитрозобактерии, нитробактерии.
Распространены в почвах и водоемах.
Оптимальная популяция – размер популяции, обеспечивающий
максимальную устойчивость.
Окисление – повышение степени окисления атома, входящего в состав
реагирующего вещества, обусловленное потерей электронов.
Обмен веществ – (метаболизм), совокупность всех химических
соединений и всех видов превращений веществ и энергии в организмах,
обеспечивающий развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение
организмов, их связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям
внешних условий.
Первый основной принцип функционирования экосистем –
поступление ресурсов и удаление отходов осуществляется в процессе
круговорота всех элементов.
Пермский период – последний (шестой) период палеозойской эры.
Начало – около 285 миллионов лет назад, продолжительность 55 миллионов
Полезные ископаемые – угли, нефть, газ, каменные и калийные соли,
медистые песчаники, фосфориты.
Популяционный взрыв – экспоненциальное увеличение численности
популяции в благоприятных условиях, позволяющих выжить и размножиться
большей, чем обычно, доле потомства. Часто приводит к чрезмерной
эксплуатации ресурсов, нарушению и даже разрушению экосистемы.
Пределы устойчивости – экстремальные значения фактора, например
температуры, при выходе за которые организм или популяция не смогут
выжить.
Принцип изменения популяций – численность популяции – результат
динамического равновесия биотического потенциала и сопротивления среды.
Принцип стабильности экосистем – видовое разнообразие экосистемы
обеспечивает ее устойчивость. Сильные колебания численности популяций
обычны для простых экосистем и редки в многокомпонентных.
Сопротивление среды
–
совокупность факторов, включая
неблагоприятные погодные условия, недостаток пищи и воды, хищников и
болезни,
направленная
на
сокращение
численности
популяции,
препятствующая ее росту и распространению.
Сукцессия автотрофная – сукцессия при которой в сообществе идет
накопление органического вещества и идут изменения видового состава,
характеризующиеся ранним и длительным преобладанием автотрофных
организмов.
Сукцессия антропогенная – смена одних сообществ организмов на
другие в экосистеме в результате деятельности человека.
116
Сукцессия вторичная – это восстановление экосистемы, которая когдато уже существовала на данной территории.
Сукцессия гетеротрофная – возникает когда среда пересыщена
органическим веществом и поэтому в начальной стадии преобладают
питающиеся им гетеротрофные организмы. При этом органическое вещество
потребляется быстрее, чем накапливается. Происходит постоянное убывание
органических веществ.
Сукцессия первичная – это процесс формирования и развития
экосистемы на незаселенном месте: голые скалы, песчаные дюны, отвалы
пустой породы у шахт и карьеров, насыпи.
Сукцессия экологическая – постепенная или быстрая смена видов в
экосистеме за счет поселения и увеличения одних и сокращения или
исчезновения других популяций. Вызывается изменением абиотических и
(или) биотических факторов, благоприятствующих одним видам в ущерб
другим.
Технология ресурсосберегающая безотходная (экологическая) –
технология, отличающаяся от традиционных меньшим потреблением ресурсов
и меньшими воздействиями на окружающую среду.
Третий основной принцип функционирования экосистем – большая
биомасса не может существовать на конце длинной пищевой цепи. Чем
крупнее популяция, тем ближе она к трофическому уровню продуцентов.
Упрощенные антропогенные системы – экосистемы, в которых
разрушены биоценозы, отсутствует видовое разнообразие. В этих системах
преобладает одна, не лучшим образом приспособленная к жизни в данных
условиях, но нужная человеку монокультура.
определенной территории.
Фотосинтезирующие организмы – используют свет как источник
энергии. К ним относят зеленые растения и фотозинтезирующие
микроорганизмы.
Экосистема
человека
–
система,
включающая
людей,
сельскохозяйственные растения и домашних животных.
ОТВЕТЫ НА ТРЕНИНГ-ТЕСТЫ
1-б, 2-в, 3-а, 4-в, 5-б, 6-а, 7-б, 8-г, 9-в, 10-г, 11-в, 12-б, 13-а, 14-г, 15-а,
16-б, 17-в, 18-а, 19-а, 20-б.
117
СОДЕРЖАНИЕ
Место дисциплины в учебном плане……………………………………………...3
Цели и задачи курса……………………………………………….………………..3
Перечень знаний и умений…………………………………………………………3
Тематическое содержание курса…………………………………………..………4
Список литература……………………………………………………….…………7
Вопросы для самопроверки…………………………………………….………….7
Тренинг тесты……………………………………………………………………….9
Словарь терминов………………………………………………………..………..12
Материалы для изучения………………………………………………..………..18
Введение………………………………………………………………..………….18
Глава 1. Биосфера как единая экосистема Земли…………………….…………19
1.1. Предметы и задачи экологии…………………………….……………19
1.2. Состав и структура геосфер Земли………………………...…………20
1.3. Биосфера – глобальная экосистема земли……………………………23
1.4. Происхождение и эволюция биосферы………………………………26
Глава 2. Экологические факторы………………………………………………...28
2.1. Классификация экологических факторов…………………………….28
2.1.1. Абиотические факторы……………………………………….29
2.1.2. Абиотические факторы почвенного покрова………………..32
2.1.3. Абиотические факторы водной среды……………………….35
118
2.1.4. Биотические факторы…………………………………………36
2.1.5. Общие закономерности взаимодействия организмов и
экологических факторов……………………………………...37
2.2. Экологическая ниша организма………………………………………40
2.3. Экологическая или жизненная форма………………………………..41
Глава 3. Экологическая система и ее энергетика……………………………….43
3.1. Экологическая система – биогеоценоз…………………………….…43
3.2. Энергетика и продукция экосистемы………………………………...44
3.3. Трофические цепи и трофические уровни…………………………...45
3.4. Равновесия в системах «хищник – жертва» и «паразит – хозяин»…47
3.5. Передача энергии в экосистемах……………………………………...49
3.6. Динамические процессы в экосистемах………………………….…..51
Глава 4. Круговорот веществ в природе…………………………………………51
4.1. Большой и малый круговорот веществ в природе…………………...51
4.2. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных
биогенных веществ……………………………………………………55
Глава 5. Воздействие основных загрязнителей на окружающую среду………61
5.1. Антропогенное воздействие на атмосферу………………………..…61
5.1.1. Основные источники загрязнения атмосферы………...…….64
5.1.2. Экологические последствия загрязнения атмосферы………66
5.1.3. Загрязнения атмосферы и глобальные экологические
последствия……………………………………………………70
5.1.4. Нарушение озонового слоя…………….………………….…72
5.1.5. Кислотные дожди………………………………………….….73
5.2. Антропогенное воздействие на гидросферу……………….………...76
5.2.1. Загрязнение гидросферы……………………………….….….76
5.2.2. Экологические последствия загрязнения гидросферы…..…81
5.2.3. Истощение подземных и поверхностных вод…………..…..84
5.3. Антропогенное воздействие на литосферу…………………………..87
5.3.1. Загрязнение почвы………………………………………….…88
5.3.2. Эрозия почв (земель)………………………………………….89
5.3.3. Загрязнение почв…………………………………………...…90
5.3.4. Вторичное засоление и заболачивание почв…………….…..95
5.3.5. Опустынивание…………………………………………….….95
Глава 6. Основные принципы и способы оценки фактических и вероятных
Антропогенных изменений в окружающей среде……………………98
6.1. Главные принципы организации и способы выполнения
природоохранных исследований……………………………………..98
119
6.1.1. Состояние проблемы……………………………………….…98
6.1.2. Экологический мониторинг…………………………………100
6.1.3. Определение и содержание мониторинга……………….…101
6.1.4. Известные способы комплексной оценки изменений
географической среды…………………………………...….103
6.1.5. Значение интегральных показателей экологически
неблагоприятных изменений среды обитания человека.…103
6.1.6. Косвенные индикаторы антропогенных изменений
природной среды………………………………………….....104
6.2. Теоретические предпосылки и критерии идентификации
экологически неблагоприятных изменений географической среды
по аэрокосмическим данным……………………………………..…106
6.2.1. Теоретические основы использования аэрокосмических
данных для оценки антропогенных изменений
окружающей среды………………………………………….106
Материалы для гиперсловаря терминов………………………………………..109
Словарь межпредметных терминов…………………………………………….109
Словарь гипертекстового расширения………………………………………….111
Ответы на тренинг-тесты………………………………………………………..114
Латыпова Флюра Мирсаитовна
Хабибуллин Раис Рахматуллович
ЭКОЛОГИЯ
Учебное пособие
120
Технический редактор: Р.Р. Ахтямова
Подписано в печать 30.08.06. Формат 60х84 1/16.
Бумага газетная. Гарнитура «Таймс».
Усл. печ. л. 6,8. Уч.-изд. л. 7,75. Тираж 100 экз.
Цена свободная. Заказ № 117.
Отпечатано с готовых авторских оригиналов
на ризографе в издательском отделе
Уфимской государственной академии экономики и сервиса
450078, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145; тел. (3472) 78-69-85.
121