1. Основные понятия

Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Л.Н. Блинов, Н.Н. Ролле
Экология
Опорный конспект лекций
Основные понятия, термины, законы, схемы
Для студентов заочной и дистанционной
форм обучения
Санкт-Петербург
2005
Л.Н. Блинов, Н.Н. Ролле. Экология: опорный конспект лекций. Основные понятия, термины, законы, схемы. СПб.: Изд. СПбГПУ. 2005. 110с.
Настоящее издание предназначено прежде всего для студентов заочной и дистанционной форм обучения СПбГПУ, изучающих курс «Экология». Оно также может быть полезно для студентов очно-заочной и очной форм обучения, изучающих данный курс.
В кратком опорном конспекте лекций даны базовые понятия, термины и законы, составляющие основу курса. Для более интегрального и
системного подходы к курсу, а также с учетом современного рассмотрения
экологии как большой экологии или мегаэкологии, в конспект включены
новые разделы «Экология и кибернетика», «Системный подход», а также
различные функциональные схемы и построения, способствующие более
качественному пониманию курса «Экология» в целом.
Опорный конспект лекций содержит необходимое количество табличных данных, рисунков и схем.
Приведенный в конце издания список литературных источников
может быть использован студентами при написании рефератов по курсу.
Примерная тематика рефератов приведена там же. В приложениях студенты найдут конкретные данные, необходимые для проведения сопоставительных анализов и расчетов.
В целом, настоящий опорный конспект лекций будет также полезным и нужным для повышения качества подготовки к экзамену по курсу
«Экология».
© Блинов Л.Н., Н.Н. Ролле, 2005
© Санкт-Петербургский
государственный политехнический
университет, 2005
2
Содержание
1. Основные понятия ............................................................................................4
2. Биоценоз, биотоп, биогеоценоз, окружающая среда ..................................21
3. Атомные и молекулярные частицы ..............................................................28
4. Основные законы, правила и принципы экологии .....................................30
5. Оболочки планеты: состав, основные процессы. .......................................34
Атмосфера ...........................................................................................................34
6. Гидросфера......................................................................................................38
7. Литосфера .......................................................................................................44
8. Биосфера – особая оболочка планеты ..........................................................47
9. Взаимодействие веществ в оболочках планеты ..........................................58
10. Природные ресурсы .....................................................................................60
11. Загрязнение и загрязнители окружающей среды .....................................64
12. Токсичность ..................................................................................................72
13. Локальная среда обитания. Факторы воздействия. ..................................75
Пищевые добавки ...............................................................................................75
14. Экология и кибернетика. Системный подход ...........................................81
15. Полезные мысли и высказывания ..............................................................86
16. Список примерных тем для рефератов и ..................................................92
компьютерных работ..........................................................................................92
17. Приложения ..................................................................................................94
18. Список литературы ....................................................................................101
3
1. Основные понятия
Экология – наука о взаимоотношениях и закономерностях взаимосвязей организмов и их систем между собой и средой их обитания (окружающей их средой), о круговороте веществ и потоках энергии, делающих
возможной жизнь на Земле. Предметом экологии является изучение совокупности и структуры связей между организмами и средой.
Сегодня экология превращается из раздела биологии в своеобразную гипернауку, в комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин, в
так называемую мегаэкологию, т.е. «большую экологию» или «макроэкологию».
До середины 19 века развитие экологии неотделимо от развития
естествознания, поскольку накопление эмпирических знаний происходило
на протяжении всей истории человечества. Огромный вклад в развитие
естественных наук и накопление экологических знаний внесли лучшие
умы античности (Анаксимандр, Демокрит, Фалес, Гиппократ, Пифагор,
Евклид, Архимед, Платон, Аристотель, Лукреций, Птолемей) и средневекового Ближнего Востока (Ибн Сина, Ибн Рушд, Ибн Юнас). Эпоха Возрождения изменила фундаментальные воззрения в естествознании благодаря трудам Н. Коперника, Дж. Бруно, Г. Галиллея, Л. да Винчи, И. Кеплера, Р. Декарта, дав новый мощный толчок развитию наук о природе, а в 18
веке работы К. Линнея, И. Канта, П. Лапласа, Ж. Кювье, Ж. Ламарка, Ч.
Дарвина позволили систематизировать накопленные естественнонаучные
знания, используя диалектический метод познания.
Вторая половина 19 века была ознаменована новыми открытиями
во всех разделах естествознания: клеточная теория М. Шлейдена и Т.
Шванна; теория эволюции Ч. Дарвина; геологическая эволюция Ч. Лайеля;
явление электромагнитной индукции М. Фарадея и Д. Максвелла; закон
сохранения энергии Г. Гельмгольца, синтез первых органических соединений Ф. Веллером; периодический закон Д. И. Менделеева; законы наследования Г. Менделя и др.
4
Именно в этот период в 1866 г. немецкий зоолог Эрнст Геккель,
изучавший адаптации организмов к факторам среды и сформулировавший
закон рекапитуляции (онтогенез организма повторяет филогенез вида), выдвинул специальный термин «экология». В своем труде «Всеобщая морфология организмов» он писал: «под экологией мы понимаем сумму знаний,
относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений всего живого с окружающей его средой, как органической, так
и неорганической, и прежде всего – его дружественных или враждебных
отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или
косвенно вступает в контакт». Полный спектр экологических проблем
еще за 10 лет до этого определил знаменитый русский зоолог Карл Рулье,
не нашедший, однако, подходящего выразительного термина для обозначения этой науки, но четко определивший принцип взаимоотношений организма и среды: «Ни одно органическое существо не живет само по себе,
каждое вызывается к жизни и живет постольку, поскольку находится во
взаимодействии с относительно внешним для него миром».
К началу 20 века, когда экология уже вполне сформировалась как
новое научное направление в биологии, началось изучение надорганизменных биологических систем, и благодаря работам К. Мебиуса, С. Форбса, Ф.
Клементса, А. Тинеманна появилась концепция биоценозов. В 1927 году
американский биолог Ч. Элтон опубликовал первый учебник-монографию
по экологии, в котором он не только четко охарактеризовал своеобразие
биоценотических процессов, определил понятие трофической ниши и
сформулировал правило экологических пирамид, но и выделил особое
направление - популяционную экологию. В 1926 г. вышел в свет труд
В.И. Вернадского «Биосфера», где впервые была показана планетарная
роль совокупности живых организмов – «живого вещества», определены
его роль и функции и рассмотрена его роль в эволюции биосферы. В 1934
году микробиолог Г.Ф. Гаузе в книге «Борьба за существование» подробно
исследовал межвидовые взаимоотношения типа «хищник-жертва» и сфор5
мулировал принцип конкурентного исключения. В 1935 году английский
геоботаник А.Тенсли предложил понятие «экосистема» для любой совокупности организмов и неорганических компонентов, в которой может
поддерживаться круговорот веществ, а в отечественной литературе представления об экосистемах были развиты в 1942 г. в работах В.Н. Сукачева,
обобщившего их в учении о биогеоценозе. Примерно с этого времени
утвердилось деление экологии на аутэкологию – экологию отдельных организмов, демэкологию – экологию популяций, и синэкологию – экологию
межвидовых сообществ.
В начале 1970-х годов взгляд на экологию как на сугубо биологическую науку изменился: по-прежнему уходя корнями в биологию, экология
вышла за ее рамки, став сложной и многогранной, интегрированной дисциплиной, связывающей естественные, общественные и технические
науки.
Термин «экология», впервые использованный немецким биологом
Эрнстом Геккелем в работе «Всеобщая морфология организмов» в 1866 г.,
который образовал его от греческих слов oikos, что означает дом, жилище,
и logos – наука, в буквальном смысле означает «наука о местообитании».
Следует отметить, что в западной литературе и в ряде наших специальных изданий по биологии термин «экология» часто употребляют для
традиционного круга объектов и методов, а все, что связано с экологией
человека, окружающей средой и охраной природы называют наукой об
окружающей среде (environmental science). В отечественной литературе
оба эти понятия часто используют или как синонимы, или включают последнее в экологию.
Мегаэкология – межпредметная область знаний; комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин.
6
Уровни знаний
(I-VI)
Факторы
химические
физические
биологические
Фактор – движущая сила совершающихся процессов или влияющее на эти процессы условие.
7
Все, что окружает организмы (живые системы), прямо или косвенно
влияя на их состояние и функционирование, носит название окружающей
среды, которая включает как природную, так и техногенную, созданную
человеком, составляющие. Компоненты среды, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, называются экологическими факторами, которые по природе их происхождения традиционно
делят на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.
Компоненты (части) природной среды, которые влияют на состояние
и свойства организма, называют экологическими факторами.
Экологические факторы
Абиотические
Биотические
Антропогенные
Абиотические экологические факторы – все компоненты неживой природы. К этим факторам относятся: свет, температура, давление,
влажность, ветер, состав воздуха, воды и почвы, долгота дня и т.д.
Биотические экологические факторы – факторы, которые связаны с живыми организмами, они характеризуют влияние одних организмов
на другие. К этим факторам относятся: конкуренция, хищничество, паразитизм, сотрудничество и т.д.
Антропогенные экологические факторы – факторы, которые связаны с влиянием деятельности человека на природную среду. Человек загрязняет и тем самым разрушает природную среду. К этим факторам относятся: загрязнение атмосферы и водной среды, вырубка леса, осушение болот, уничтожение животных и т.д.
Экологические факторы подразделяют в зависимости от:
природы
– абиотические и биотические;
происхождения – естественные и искусственные;
8
периодичности – периодические и непериодические;
времени образования и начала действия – первичные и вторичные;
среды
возникновения
– водные (гидросферные),
воздушные (атмосферные),
почвенные (литосферные);
степени воздействия – лимитирующие,
экстремальные,
летальные;
спектра воздействия – общего, избирательного действия;
характера и состава – химические,
воздействия
физические,
биологические, механические,
информационные и т.д.
Часто встречающаяся классификация экологических факторов
(факторов среды)
ПО ВРЕМЕНИ:
эволюционный, исторический, действующий
ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ: периодический, непериодический
ПО ОЧЕРЕДНОСТИ
первичный, вторичный
ВОЗНИКНОВЕНИЯ:
ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ: космический, абиотический (он же
абиоген-
ный), биогенный, биологический, биотический,
природно-антропогенный, антропогенный (в т.ч.
техногенный, загрязнения среды), антропический (в т.ч. беспокойства)
ПО СРЕДЕ
атмосферный, водный (он же влажности), гео-
ВОЗНИКНОВЕНИЯ:
морфологический, эдафический, физиологический, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный
9
ПО ХАРАКТЕРУ:
вещественно-энергетический, физический (геофизический, термический), биогенный (он же
биотический),
информационный,
химический
(солености, кислотности), комплексный (экологический, эволюции, системообразующий, географический, климатический)
ПО ОБЪЕКТУ:
индивидуальный, групповой (социальный, этологический,
социально-экономический,
соци-
ально-психологический, видовой ( в т.ч. человеческий, жизни общества)
ПО УСЛОВИЯМ СРЕДЫ: зависящий от плотности, не зависящий от плотности
ПО СТЕПЕНИ
ВОЗДЕЙСТВИЯ:
летальный,
экстремальный,
лимитирующий,
беспокоящий, мутагенный, тератогенный; канцерогенный
ПО СПЕКТРУ
избирательный, общего действия
ВОЗДЕЙСТВИЯ:
Экологические факторы могут оказывать на организм положительное или отрицательное влияние. Недостаток или избыток экологического
фактора отрицательно влияет на жизнь организма. Для каждого организма
существует определенный диапазон действия экологического фактора.
Благоприятные для нормальной жизнедеятельности организма значения экологического фактора называются зоной оптимума. Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный
фактор в диапазоне, называемом стрессовой зоной, угнетает жизнедеятельность живой системы. Максимально и минимально переносимые значения экологического фактора - это критические точки, отмечающие начало зоны гибели, где существование организма или популяции уже невоз10
можно. Диапазон между минимумом и максимумом экологического фактора называется диапазоном толерантности (от лат. tolerantia – терпение) и
определяет величину выносливости или экологическую валентность организма к данному фактору (см. рис.).
Зоны воздействия экологического фактора на организм
Широкий диапазон толерантности вида по отношению к экологическим факторам обозначают добавлением к названию фактора приставки
«эври-» (от греч. eurys – широкий), а низкая экологическая валентность вида характеризуется приставкой «стено-» (от греч. stenos – узкий). Так,
например, животные, способные выносить значительные колебания температуры, называются эвритермными, а в случае их неспособности к этому
они называются стенотермными. Небольшие изменения температуры мало сказываются на эвритермных организмах, но могут оказаться гибельными для стенотермных. Экологически непластичные, т.е. маловыносливые виды, для существования которых необходимы строго определенные
экологические условия, называют стенобиотными, а более выносливые
11
виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, - эврибиотными.
Способность организма приспосабливаться к действию экологических факторов и выживать в изменяющихся условиях среды за счет эволюционно возникших морфологических, физиолого-биохимических и поведенческих приспособлений называется адаптацией (от лат. adaptatio –
приспособление).
Разные организмы характеризуются разной экологической валентностью, но диапазон толерантности организма может меняться даже при
переходе из одной стадии развития в другую – например, молодые организмы часто оказываются более уязвимыми и более требовательными к
условиям среды, чем взрослые особи.
Любой организм одновременно испытывает воздействие целого
комплекса экологических факторов, связанных между собой и влияющих
друг на друга, в связи с чем границы диапазона толерантности организма
по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, в каком сочетании действуют другие факторы (например, жару и холод легче переносить при сухом, а не влажном воздухе). В результате взаимодействия экологических факторов может происходить их частичная компенсация, однако полностью заменить один из факторов другим
нельзя, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.
Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением
какого-то одного экологического фактора, то именно он становится решающим для жизни конкретных организмов (популяций), ограничивая (лимитируя) их развитие, в связи с чем его называют лимитирующим фактором. Еще в середине XIX века немецкий химик-органик Ю. Либих экспериментально доказал, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента (например, минеральных солей, влаги, света и т.п.) и назвал это явление законом минимума. Однако, как позже выяснил американский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толе12
рантности, лимитирующим может быть не только недостаток (минимум),
но и избыток (максимум) экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору.
Каждый вид организмов возник в определенной среде, в той или
иной степени приспособился к ее колебаниям и изменениям и дальнейшее
существование вида возможно лишь в данной или близкой к ней среде, соответствующей его генетическим возможностям адаптации. Резкое и быстрое изменение экологических факторов может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления
к новым условиям, из-за чего коренные преобразования природы человеком могут быть опасны для многих видов живых организмов, в том числе и
для него самого.
Разные организмы характеризуются разной величиной толерантности.
Экологические, факторы связаны между собой и влияют друг на
друга.
Вывод: существует экологическое равновесие между живыми организмами и средой их обитания:
Один из основных факторов в экологии – химический фактор.
Экологическая химия – новый раздел химии, в котором рассматриваются химическиё состав и взаимодействия между основными компонентами и загрязнителями неорганического и органического происхождения в атмосфере, гидросфере, литосфере и их влияние на среду обитания и
биосферу в целом.
Система – совокупность элементов (веществ, тел, объектов живой
и неживой природы) со связями между ними, мысленно или реально выделенных из окружающего пространства.
13
Различают химические системы, физические системы, биологические (живые) системы, экологические системы и другие.
Биологическая система – это упорядоченная совокупность взаимозависимых живых компонентов, динамически взаимодействующих с
неживой средой. Выделяют следующие основные уровни организации
биологических систем: молекулярный (генный), клеточный, органный, организменный, популяционно-видовой и экосистемный.
Иерархическая организация биосистем, более простые из которых
входят в состав более сложно организованных, проявляется в эмерджентности (от англ. emergent – внезапно возникающий), когда по мере объединения в более крупные системы следующего уровня, у них возникают качественно новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем.
Экологическая система (экосистема) – система, в которой организмы и среда их обитания объединены в единое функциональное целое
через обмен веществ и энергии; любая совокупность организмов и окружающей их среды. Экосистема – основная функциональная единица в экологии.
Более конкретно, экосистема – это сообщество живых организмов - биоценоз (от греч. bios – жизнь и koinos – общий) и его среда обитания – биотоп (от греч.topos - место), объединенные в единое функциональное целое. Обмен веществом, энергией и информацией связывает
биотические и абиотические компоненты экосистемы таким образом, что
она сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.
К термину «экосистема», предложенному в 1935 г. английским
биологом А. Тенсли для определения основной функциональной единицы
живой природы, очень близок термин «биогеоценоз», который предложил
в 1940 г. В.Н.Сукачев, и который в большей степени отражает структурные
характеристики географического пространства, на котором развивается
биоценоз.
14
Химическая система – совокупность веществ, между которыми
происходят химические реакции с образованием новых веществ – продуктов реакции.
Физическая система – совокупность тел (веществ), между которыми не происходит химических взаимодействий; система, характеризуемая отсутствием химических реакций.
Кибернетическая система – система, способная воспринимать,
хранить и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею с другими системами.
Общая экология изучает биологические системы начиная с организменного уровня и в зависимости от размерности этих систем в ней выделяют следующие разделы: аутэкология (уровень отдельных организмов), демэкология (уровень популяций) и синэкология (уровень экосистем).
Популяция - это совокупность организмов одного вида, обменивающихся генетической информацией и населяющих определенное
ограниченное пространство в течение многих поколений. Популяция
характеризуется рядом признаков, присущих группе в целом, а не отдельным ее особям: численностью, плотностью, рождаемостью, смертностью,
возрастной структурой, распределением в пространстве, биотическим потенциалом и т.д.
Численность – число особей в популяции, которое зависит от биологического потенциала вида и внешних условий и может значительно изменяться во времени.
Плотность – число особей, приходящееся на единицу площади или
объема. Оптимальная плотность – это такой уровень плотности, при котором совмещается рациональное использование территории и осуществление внутрипопуляционных функций. Поддержание оптимальной плотности
- сложный процесс биологического регулирования, основанный на принципе обратной связи.
15
Половая структура популяции – соотношение особей женского и
мужского пола в популяции, тесно связанное с ее генетической и возрастной структурой.
Возрастная структура популяции – соотношение в популяции
особей разных возрастных групп. Темпы роста популяции определяются
долей половозрелых особей в ней. Если процент неполовозрелых высок –
это говорит о потенциальном увеличении численности популяции.
Генетическая структура популяции – соотношение в популяциях
различных генов. Она отражает богатство генофонда популяции (совокупность генов всех особей популяции), который определяет общие видовые
свойства, а так же особенности, возникшие в порядке приспособления популяции к определенным условиям среды.
Пространственная структура популяции – это распределение
особей в пределах ареала, зависящее от особенностей организмов и среды
их обитания. Оно может быть равномерным (характеризуется равным
удалением особей друг от друга), диффузным (особи распределяются по
территории случайно) или мозаичным (особи распределяются группировками, на определенном расстоянии друг от друга).
Рождаемость – число новых особей, появившихся в популяции за
единицу времени в результате размножения.
Смертность – число особей, погибших в популяции за единицу
времени от всех причин.
Скорость роста популяции – изменение численности популяции в
единицу времени. При отсутствии лимитирующих факторов среды удельная скорость роста (отношение скорости роста популяции к исходной численности) называется биотическим потенциалом. В природе под действием лимитирующих факторов, представляющих собой так называемое сопротивление среды, биотический потенциал никогда не реализуется полностью, составляя разницу между рождаемостью и смертностью в популяции.
16
Кривые роста численности популяций
Кривая 1 (J – образная) отражает экспоненциальный рост численности популяции, который возможен, пока биотический потенциал реализуется полностью.
Кривая 2 (S – образная) отражает логистический рост численности
популяции, темпы которого снижаются с увеличением плотности популяции.
Выживаемость – это число особей, сохранившееся в популяции за
определенный промежуток времени.
Кривые выживания
17
Кривая 1 свойственна организмам, смертность которых в течении
жизни мала, но резко возрастает в конце жизни (поденки, слоны, человек).
Кривая 2 характерна для видов, у которых смертность примерно постоянна в течение всей жизни (птицы, рептилии). Кривая 3 отражает массовую
гибель особей в начальный период жизни (рыбы, растения).
Эволюционно в популяциях сложился комплекс свойств, направленных на повышение выживаемости – экологические стратегии выживания, разнообразие которых заключено между двумя типами стратегий:
r–стратегия – особи в популяции размножаются быстро (высокая
плодовитость, быстрая смена поколений), они менее конкурентоспособны,
скорость размножения не зависит от плотности популяции (J–образная
кривая), расселяются широко и быстро, малые размеры особей, малая продолжительность жизни (бактерии, тли, однолетние растения).
К–стратегия – популяция состоит из медленно размножающихся,
но более конкурентоспособных особей, скорость роста популяции зависит
от ее плотности (S–образная кривая), расселяются медленно, населяют стабильные местообитания, имеют крупные размеры и большую продолжительность жизни (человекообразные приматы, деревья).
Между этими крайними стратегиями существует множество переходных форм. Популяции, как и другие живые системы, способны к гомеостазу – т.е. поддержанию динамического постоянства численности под
воздействием ряда факторов среды и за счет саморегуляции своей численности.
Гомеостаз – это способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся
условиях среды. В его основе лежит принцип обратной связи, обусловливающей поддержание гомеостаза за счет механизмов саморегуляции. Эту
закономерность можно сформулировать следующим образом: в конкретных условиях для каждого вида животных существует оптимальный раз18
мер группы и оптимальная плотность популяции (так называемый принцип
Олли).
Схемы различных по открытости систем
Пример: Химическая система
1. Открытая
2. Замкнутая
3. Изолированная
По своему происхождению экосистемы могут быть естественными
(природными) – например, лес, озеро, луг и т.д., - и искусственными (антропогенными) – например, пашня, водохранилище, сад и др. Экосистемы
могут быть наземными и водными. Крупные наземные экосистемы, приуроченные к однородным природно-климатическим зонам, называются
биомами (тундра, тайга, степь, пустыня). Водные экосистемы подразделяются на морские и пресноводные, а последние еще и на стоячие (озерные)
и проточные (речные) экосистемы.
Экосистемы
Естественные (природные)
Искусственные
Лес, луг, озеро, океан,
биосфера.
Не зависят от человека.
Устойчивы во времени.
Огород, пашня, теплица,
аквариум.
Созданы человеком.
Неустойчивы во времени.
Для любой естественной экосистемы характерны три признака:
19
1) она представляет собой совокупность функционально связанных
живых и неживых компонентов;
2) она сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что
обеспечивается определенной структурой ее биотических и абиотических
компонентов
3) в ее рамках осуществляется круговорот веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.
Антропогенные природно-технические системы (ПТС) должны
представлять собой образования, в которых устойчивое и экологически
безопасное взаимодействие между природной средой и «погруженным в
нее» техническим объектом происходит за счет обмена веществом, энергией и информацией в некотором диапазоне допустимых воздействий, регулируемых человеком.
Любая естественная экосистема способна к саморегулированию: в
экосистеме во времени и в пространстве поддерживаются основные параметры. При этом она находится в состоянии динамического равновесия.
Способность экосистемы сохранять свою структуру и функции при
воздействии внешних и внутренних факторов, называют стабильностью
экосистемы.
Структура системы – инвариантная во времени фиксация связей
между элементами системы. Может быть формализована математическим
понятием «граф».
Сложные системы – системы, включающие в себя в качестве хотя
бы одной подсистемы решающую систему (поведению которой присущ акт
решения).
Экологическая ниша – совокупность характеристик, показывающих положение вида в экосистеме; место вида в природе (Б.М. Миркин,
Н.Ф. Реймерс).
20
Круговорот веществ – упрощение модели циркуляции основных
химических элементов и веществ в оболочках планеты по характерным замкнутым путям.
Закон – необходимое, существенное, устойчивое и повторяющееся
отношение между явлениями. Различают законы природы, законы науки,
законы функционирования (связь в пространстве, структура системы), развития (связь со временем), динамические, статические.
Концепция – основная точка зрения, понимания, трактовки какоголибо явления, процесса.
Принцип – основное исходное положение какой-либо теории
(«главный» закон).
Правило – положение, в котором отображена какая-либо закономерность, постоянное соотношение или последовательность каких-нибудь
разрешающих (или запрещающих) действий.
2. Биоценоз, биотоп, биогеоценоз, окружающая среда
Живые организмы делят на три группы: растения, животные и микроорганизмы.
Все растения, животные и микроорганизмы связаны между собой и
не могут существовать друг без друга.
Совокупность растений, животных и микроорганизмов, которые
совместно проживают в одних и тех же условиях среды, называют биоценозом (греч. биос – жизнь, койнос – общий).
21
Атмосфера, гидросфера и литосфера тоже взаимно связаны между
собой.
Участок земной поверхности (суши или водоема) с одинаковыми
условиями среды, на котором существует биоценоз, называют биотопом
(греч. биос – жизнь, топос – место).
Биотоп - это место существования биоценоза, а биоценоз – это
комплекс организмов, который существует в данном биотопе.
Живые организмы взаимодействуют не только друг с другом, но и с
окружающей средой и образуют с ней единое целое.
Единый природный комплекс, который образован живыми организмами и средой их обитания, называют экосистемой.
Ствол погибшего дерева, лес, озеро, океан, биосфера – это примеры
разных по масштабности экосистем. Как правило, большинство экосистем
относится к открытым системам.
Биоценоз и биотоп обмениваются между собой и с окружающей
средой веществом, энергией и информацией (сигналами).
Совокупность биоценоза и биотопа, которая функционирует как
единое целое за счет обмена веществом, энергией и информацией, называют биогеоценозом (греч. биос – жизнь, гео – земля, койнос – общий).
Биогеоценоз является наименьшей частицей биосферы, то есть биосфера состоит из множества биогеоценозов.
22
Любой биоценоз является экосистемой, но не каждая экосистема
является биогеоценозом.
Структура биогеоценоза
Несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой из них можно выделить три функциональных
группы организмов, связанных между собой потоками энергии, вещества и
информации: фотосинтезирующие растения - продуценты, различные
уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они составляют биотическую структуру экосистем.
Все живые системы являются открытыми, и любая экосистема поддерживает свою жизнедеятельность благодаря энергии Солнца и способности живых компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду.
Из доходящей до Земли энергии Солнца 33 % отражается облаками
и пылью атмосферы (это так называемое альбедо или коэффициент отра23
жения Земли), а 67 % поглощается атмосферой, поверхностью Земли и
океаном. Лишь около одного процента поглощенной энергии поддерживает существование всего живого вещества планеты, а вся остальная энергия,
нагрев атмосферу, сушу и океан, рассеивается в пространстве в форме теплового (инфракрасного) излучения.
Зеленые растения улавливают энергию Солнца и превращают ее в
потенциальную энергию химических связей органических веществ, создаваемых ими в ходе реакции фотосинтеза:
Кинетическая энергия солнечного излучения преобразуется в ходе
этой реакции в потенциальную энергию, запасенную, например, в глюкозе
С6Н12О6. Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральными элементами питания - биогенами - образуются все ткани растительного мира белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то есть органическое вещество
планеты.
Кроме растений-фотосинтетиков продуцировать органическое
вещество могут некоторые бактерии, которые используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений, например, аммиака, железа и особенно серы. Это так называемая энергия химического синтеза, поэтому организмы называются хемосинтетиками.
Таким образом, растения и хемосинтетики создают органическое
вещество из неорганических составляющих с помощью энергии окружающей среды. Их называют продуцентами или автотрофами. Высвобождение запасенной продуцентами потенциальной энергии обеспечивает существование всех остальных живых организмов на планете. Виды, потребляющие созданную продуцентами органику как источник вещества и энергии
для своей жизнедеятельности, называются консументами (потребителями) или гетеротрофами.
24
Консументы - это самые разнообразные организмы от простейших
до человека, которые подразделяются на ряд подгрупп в соответствии с
различиями в источниках их питания.
Питающиеся непосредственно продуцентами растительноядные
животные, или фитофаги, называются первичными консументами или
консументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу хищники,
или плотоядные – консументы второго и более высоких порядков. Например, кролик, питающийся растительной пищей - это консумент первого порядка, а лиса, охотящаяся за кроликом - консумент второго порядка. Виды,
употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся к всеядным, как например, человек, который может быть консументом первого
порядка, когда ест овощи, второго порядка, когда ест говядину, или консументом третьего порядка, когда употребляет в пищу хищную рыбу.
Мертвые растительные и животные органические остатки, например опавшие листья, экскременты и трупы животных, называются детритом. Организмы, специализирующиеся на питании детритом (например,
грифы, шакалы, черви, раки, термиты, муравьи и т.д.), называются детритофагами. Значительная часть детрита в экосистемах не поедается животными, а гниет и разлагается с участием грибов и бактерий, которых обычно
выделяют в особую группу детритофагов и называют редуцентами. Редуценты замыкают биогеохимический круговорот веществ, разлагая органику
на исходные неорганические составляющие - углекислый газ и воду, и препятствуют накоплению в экосистемах отходов.
Перенос энергии от растений - продуцентов через ряд других организмов в результате их поедания друг другом, называется пищевой
или трофической цепью.
Различают два типа пищевых цепей – пастбищные (или цепи выедания), и детритные (цепи разложения). Из-за сложных взаимоотношений,
в которые вовлечены все организмы природных экосистем, пищевые цепи
тесно переплетаются и образуют сложные трофические сети. Чем сложнее
25
и разветвленнее пищевая сеть, тем стабильнее поток вещества и энергии
через нее, а также экосистема в целом.
Прирост биомассы в экосистеме за единицу времени называется
биологической продуктивностью (продукцией). Различают первичную и
вторичную продукцию сообщества. Первичная продукция – это биомасса, созданная за единицу времени продуцентами, превращающими в энергию пищи лишь около 1% энергии солнечного света. Большая часть валовой первичной продукции расходуется на дыхание и поддержание жизнедеятельности самих продуцентов, а оставшаяся часть идет на прирост биомассы, образуя так называемую чистую продукцию. Вторичная продукция – это биомасса, созданная за единицу времени консументами на разных трофических уровнях. Около 90 % полученной энергии консументы
тоже расходуют на поддержание своей жизнедеятельности, так что каждому последующему трофическому уровню передается в среднем около 10%
от количества энергии, поступившей на предыдущий (закон Линдемана
или «правило 10%»). Поскольку в каждом звене пищевой цепи около 90%
энергии теряется, длина пищевой цепи ограничивается размерами этих потерь и, как правило, не превышает 3 - 4 уровня.
26
Правило экологических пирамид, сформулированное Ч. Элтоном
в 1927 году, отражает законы распределения количества энергии в пищевых цепях, показывая, что на каждом предыдущем трофическом уровне
количество вещества (пирамида биомасс) и энергии, аккумулированной в
единицу времени (пирамида энергии), больше, чем на последующем. Графически трофическую структуру сообщества представляют в виде пирамиды, основанием которой служит первый трофический уровень - уровень
продуцентов, а последующие уровни образуют следующие этажи пирамиды. При этом высота всех блоков-этажей одинакова, а длина пропорциональна биомассе или энергии на соответствующем уровне.
Масса всех организмов в пределах экосистемы называется суммарной биомассой. Наибольшая биомасса, в среднем 45кг/м2, имеется во
влажных тропических лесах, а в океане – в сообществах коралловых рифов
(примерно 2 кг/м2). В зрелом сообществе чистая продукция равна нулю,
т.е. сколько биомассы создается продуцентами, столько же съедается и минерализуется консументами и редуцентами.
Последовательная смена сообществ на одной территории под действием экологических факторов называется сукцессией. Первичная сукцессия – развитие экосистемы на голом месте, например на возникшем в
море вулканическом острове. Вторичная сукцессия – процесс восстановления нарушенного сообщества до равновесного (климаксного) состояния.
27
Сукцессия хвойного леса после пожара
Окружающая среда – внешняя среда, находящаяся в непосредственном контакте с рассматриваемой системой, объектом или субъектом;
среда существования живых организмов. Включает в себя атмосферу, гидросферу, литосферу конкретного местонахождения объекта, субъекта и т.д.
Внешняя среда – суммарное название явлений и сил природы, ее
вещественного состава и пространства, а также любой деятельности человека, находящиеся вне рассматриваемой системы, объекта или субъекта, но
не обязательно контактирующие с ними. Включает в себя атмосферу, гидросферу и литосферу Земли.
Среда обитания – часть окружающей среды, в которой осуществляются или могут осуществляться постоянные взаимодействия различного
рода живых организмов с разнообразными веществами органического и
неорганического происхождения и с приходящим потоком энергии.
3. Атомные и молекулярные частицы
Атомные частицы – частицы, состоящие из одного атома. Каждая
атомная частица представляет собой систему взаимодействующих элементарных и фундаментальных частиц, состоящую из ядра и электронов.
28
Атомные частицы
Атомные ион-радикалы
(имеют заряд и
неспаренный электрон
(V2+))
Ионизированные атомы
(He, Ar)
Атомные радикалы
(имеют один и более
неспаренных электронов
(H•, Cl•, N•))
Атомные ионы
(ионизированные атомы,
имеющие заряд (K+, S2-))
Молекулярные частицы – частицы, состоящие из двух и более
атомов. Каждая молекулярная частица представляет собой наименьшую
совокупность химически связанных атомных частиц, способных к самостоятельному существованию, обладающей определённой и устойчивой
структурой.
Молекулярные
частицы
Молекулы, не
имеющие заряда
(H2, Cl2)
Молекулярные
радикалы
(HO•2, HO•, O•2)
Молекулярные
ион-радикалы
(O2+, N2-)
Молекулярные
ионы
(SO42-, NO3-)
29
Атомные, молекулярные частицы и их образования
в оболочках планеты
Гидросфера
Атомные
частицы
Молекулярные
частицы
Атмосфера
Ассоциаты
Агрегаты
Литосфера
БИОСФЕРА
4. Основные законы, правила и принципы экологии
Законы-афоризмы Барри Коммонера
Все связано со всем.
Все должно куда-то деваться.
Ничто не дается даром.
Природа «знает» лучше.
Закон единства организм – среда Рулье-Сеченова
Диалектическое единство живых организмов со средой их обитания, основанное на обмене веществами и информацией, а также на совместном участии в проведении и распределении потока энергии.
Закон физико-химического единства живого вещества планеты
Все живое вещество планеты физико-химически едино.
Следствие из этого закона
Токсичное для одной части живого вещества планеты не может
быть безвредным для других его частей.
30
Закон минимума Либиха
Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его жизненных потребностей.
Закон постоянства живого вещества биосферы
Количество живого вещества биосферы есть величина постоянная
(константа) для данного геологического времени.
Закон незаменимости биосферы
Биосфера – 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 (В.И.Вернадский, В.Г.Горшков).
Закон развития системы
Любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; изолированное саморазвитие невозможно.
Закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и обществе
И природа, и общество находятся в одной сети системных взаимодействий.
Закон цепных реакций
Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к
развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимосвязей и новой системной
иерархии.
Закон оптимальности
Любая система функционирует с наибольшей эффективностью
в некоторых характерных для нее пространственно временных пределах, а
каждый биологический вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования, называемой экологической нишей.
31
Закон биосферы В.И.Вернадского
Биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т.е. в сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек-природа.
Закон критических величин фактора
Если один из экологических факторов выходит за пределы критических (пороговых или экстремальных) значений, то особям (организмам)
грозит смерть, несмотря на оптимальное сочетание других факторов.
…Поэтому в каждый конкретный момент из всех экологических факторов
решающее значение для организмов и популяций имеет тот, значения которого приближаются к границам диапазона толерантности или выходят за
его пределы.
Принцип Ле Шателье-Брауна
При любом внешнем воздействии, которое выводит экосистему из
состояния равновесия, в системе усиливаются те процессы, которые ослабляют это воздействие, т.е. система стремится вернуться в состояние равновесия. При этом, чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для
ослабления противодействия экосистем этому отклонению.
В более общем виде: если на систему, находящуюся в состоянии
равновесия, произведено внешнее воздействие, то система стремится отреагировать таким образом, чтобы скомпенсировать произведенное воздействие (если это возможно).
Устойчивость экосистемы
Способность экосистемы возвращаться в исходное (или близкое к
нему) состояние после воздействия каких-либо факторов, которые выводят
её из равновесия.
Принцип эмерджентности
Принцип не сводимости свойств целого к сумме свойств его частей
(Н.Ф. Реймерс, Ю. Одум).
32
Принцип неравновесной динамики Пригожина-Онсагера
Принцип, сутью которого является следующее: неравновесность
есть то, что порождает «порядок из хаоса». Общий принцип для открытых
систем.
Принцип Реди
Все живое происходит только от живого.
Биогеохимические принципы Вернадского
Первый принцип. «Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению».
Второй принцип. «Эволюция в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы».
Третий принцип. «В течение всего геологического времени … заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало».
Биогеохимические принципы Вернадского направлены на увеличение КПД биосферы в целом.
Правило биологического усиления
Накопление живыми организмами ряда химически стабильных веществ (пестициды, радионуклиды и др.) приводит к усилению их действия
по мере прохождения в биологических циклах и пищевых (трофических)
цепях.
Правило «трех третей»
Стратегическое соотношение условий для экологии человека (на
глобальном, региональном и локальных уровнях): треть территории должна быть занята заповедной дикой природой, треть – ограниченное хозяйственное использование с сохранением естественного ландшафта, треть –
подвергаться окультуриванию (дороги, города, агроэкосистемы и др.).
33
Правило 1%
Изменение энергии природной экосистемы в среднем на 1% (от 0,3
до 1%) выводит экосистему из состояния равновесия.
Вывод: относительно безопасный уровень потребления ресурсов
биосферы не должен превышать 1%.
Пропорция (уравнение) Рэдфилда
Оптимальное соотношение атомов важнейших элементов в биосфере составляет C:N:P=100:15:1.
5. Оболочки планеты: состав, основные процессы.
Атмосфера
Атмосфера – газообразная (газовая) оболочка планет. Атмосфера
Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких частиц твердых веществ. Основа атмосферы – воздух, представляющий собой смесь газов, в
первую очередь азота, кислорода, аргона и углекислого газа.
Атмосфера Земли уникальна по содержанию в ней различных газов,
в том числе инертных. Главными составляющими частями верхних слоев
атмосферы являются H2 и He, а также их ионы. Атмосфера Земли имеет
массу ~ 5,15٠1015т. Содержание основных компонентов воздуха и малых
добавок в нем приведено далее.
Компоненты
Содержание, %
Массовая доля
Объемная доля
Азот
75,52
78,09
Кислород
23,15
20,94
Аргон
1,28
0,93
Диоксид углерода
0,046
0,033
Неон
1,2•10-3
1,8•10-3
Гелий
7,2•10-5
5,2•10-4
Криптон
3,3•10-4
10-4
34
Ксенон
3,9•10-5
8•10-6
Оксид азота
2,5•10-3
2,5•10-4
Водород
3,5•10-6
5•10-5
Метан
0,8•10-4
1,5•10-4
Диоксид азота
8•10-5
1,5•10-4
Озон
10-5 – 10-6
2•10-6
Диоксид серы
-
2•10-8
Оксид углерода
-
10-5
Аммиак
-
10-6
По характеру изменений температуры с ростом высоты различают
несколько сфер, разделенных узкими переходными зонами, называемыми
паузами.
Тропосфера – нижний, примыкающий к Земле слой. Характеризуется средним вертикальным градиентом температуры 6 град/км.
35
Стратосфера – слой, следующий после тропосферы. Здесь температура остается примерно постоянной до высоты 25 км, а затем постепенно
возрастает почти до 0°С на нижней границе стратопаузы (около 55 км).
Мезосфера – слой, расположенный выше стратосферы. Характеризуется новым понижением температуры в среднем примерно до -100°С на
высоте около 80 км.
Термосфера – слой, находящийся выше мезосферы. В термосфере
кинетическая температура постепенно возрастает с высотой.
Ионосфера – слой атмосферы от ~60 до 500 км.
Особенности химических процессов в атмосфере
1. Большинство химических реакций инициируются не термически,
а фотохимически, т.е. при воздействии квантов света, полученных в результате излучения Солнца.
2. Атмосфера Земли – окислительная за счет содержащегося в воздухе кислорода, и в ней преобладают Окислительно-восстановительные
реакции с участием частиц в основном с ковалентным типом химической
связи.
3. Для атмосферных процессов характерны цепные реакции, т.е. реакции, протекающие в несколько стадий с участием промежуточных продуктов – реакционно-способных радикалов (CH3•, O•, HO•, HO2•, H• и др.).
4. В химических и фотохимических превращениях образуются разнообразные неорганические и органические соединения, в ряде случаев
токсичные.
5. Продукты реакций могут переноситься на дальние расстояния и
длительное время сохраняться в атмосфере (например, в виде аэрозолей).
Область атмосферы, в которой происходят химические реакции, часто называется хемосферой. К ней относится тропосфера и нижняя часть
стратосферы.
Атмосфера
Зависимость содержания O3 , O2 , O и N2 в атмосфере от высоты:
36
Примеры фотохимических и химических процессов в атмосфере
Воздух, которым мы дышим
Каждый человек делает примерно 14 вдохов за минуту. За сутки
человек пропускает через свои легкие как минимум около 14-15 кг воздуха
или около n*104 л (n=1,2,3…) по объему. Поэтому качество воздуха, которым мы дышим имеет первостепенное значение для нас.
Мы вдыхаем:
азот – 78,09 об.%
кислород – 20,94 об.%
углекислый газ – 0,033 об.% и т.д.
37
Мы выдыхаем:
азот – 78,09 об.%
кислород – 15,8 об.%
углекислый газ – 4 об.%
6. Гидросфера
Гидросфера – водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, водных объектов суши (реки, озера, болота водохранилища), подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (ледники, снежный покров);
одна из геологических оболочек нашей планеты. Гидросфера Земли представляет собой единую водную оболочку, основным компонентом которой
является химическое соединение H2O . Гидросфера – это глобальная открытая система, а вода в ней – самое распространенное на Земле вещество.
Вода – единственное химическое соединение, которое в природных
условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). H2O – соединение с ковалентным типом химической связи.
Вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, без запаха, обладающую рядом аномальных физико-химических свойств:
– высоким поверхностным натяжением и зависящим от него значительным капиллярным поднятием, что обеспечивает питание растений по
корневым системам;
– высокими температурами замерзания и кипения;
– удельные энтальпии испарения и плавления H2O (в расчете на 1г)
выше, чем у большинства веществ;
– плотность воды в жидком состоянии больше плотности льда, поэтому лед плавает на поверхности воды, и природные водоемы не промерзают до дна.
Эти аномальные свойства воды объясняются существованием в ней
водородных связей, которые связывают молекулы H2O в газообразном,
жидком и в твердом состояниях.
38
Природная вода
Природная вода – это раствор многих веществ, в том числе солей,
газов, а также веществ органического происхождения, некоторые из них
находятся во взвешенном состоянии. В большинстве случаев природная
вода имеет атмосферное происхождение (дождевая вода), реже – глубинное (конденсация паров, поднимающихся из недр Земли)
Существует несколько классификаций химического состава природных вод.
В гидрохимии компоненты химического состава природных вод делятся на шесть групп:
1. Главные ионы (макрокомпоненты): K+, Na+, Mg2+ , Ca2+ , Cl- ,
SO42- , HCO3- , CO32- .
2. Растворенные газы: O2, N2, H2S, NH3, CH4 и др.
3. Биогенные вещества (продукты жизнедеятельности организмов),
главным образом, неорганические соединения азота и фосфора.
4. Растворенные органические вещества (РОВ), т.е. органические
формы биогенных элементов. Эта группа включает практически все классы
органических соединений.
5. Микроэлементы. В эту группу входят все металлы, кроме главных ионов, а также анионы.
6. Бактерии и микроорганизмы.
Классификация, предложенная Л.А.Кульским, основана на фазовом
состоянии и дисперсности примесей, содержащихся в воде.
Примеси первой группы – образования, попадающие в воду
вследствие эрозии слагающих ложе водоема пород и смыва с поверхности
почв. Они представляют собой нерастворимые в воде суспензии, планктон
и бактерии, кинетически неустойчивые и находящиеся во взвешенном состоянии благодаря гидродинамическому воздействию водного потока.
Примеси второй группы – гидрофильные органические и минеральные коллоидные частицы, вымываемые водой из грунтов, а также не39
растворимые и недиссоциированные формы гумусовых веществ, детергенты и вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным частицам.
Примеси третьей группы – молекулярно- растворимые вещества:
органические соединения, растворимые газы и т.п.
Примеси четвертой группы – вещества, диссоциирующие на ионы.
Из природных вод человек чаще всего сталкивается с так называемыми поверхностными природными водами.
Характеристика веществ, находящихся в водах поверхностных источников во взвешенном состоянии:
Взвешенное
вещество
Характеристика
Размер частиц, мм
Время осаждения частиц
на глубину 1 м
Коллоидные частицы
2٠10-4–1٠10-6
4 года
Тонкая глина
1٠10-3–5٠10-4
0,5-2 мес
Глина
27٠10-4
2 сут
Мелкий ил
1٠10-2–5٠10-3
4-18 ч
Ил
5٠10-2–27٠10-3
10-30 мин
Песок мелкий
0,1
2,5 мин
Песок средний
0,5
20 с
Песок крупный
1,0
10 с
За счет антропогенной деятельности в химический состав природных вод можно внести еще одну разновидность – это токсичные загрязняющие вещества: тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностно-активные вещества, фенолы и т.д.
При хлорировании природной воды в ней могут также образоваться диоксины.
40
Качество природной воды
Показатели качества природной воды обычно подразделяют на физические (температура, цветность, взвешенные вещества, запах, вкус и др.),
химические (жесткость, активная реакция, окисляемость, сухой остаток и
др.), биологические (гидробионты) и бактериологические (общее количество бактерий, коли-индекс и др.)
Критерий качества воды может быть представлен следующим образом:
С  ПДК,
где С – обнаруженная концентрация, мг/дм3; ПДК – предельнодопустимая концентрация, мг/дм3.
Если в питьевой воде обнаружено несколько веществ с одинаковым
лимитирующим признаком вредности, то для них критерий качества воды
имеет вид :
С1 / ПДК1 + С2 / ПДК2 + ... Сn / ПДКn  1 ,
где С1, С2, ... Сn – обнаруженные концентрации веществ 1, 2 .... n,
мг/дм3; ПДК1, ПДК2
... ПДКn – предельно-допустимые концентрации ве-
ществ 1, 2 .... n, мг/дм3.
В настоящее время число установленных ПДК для водных объектов
различного назначения составляет около 2000 (для атмосферного воздуха
около 500, а для почвы более 100).
В качестве интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод используют классы качества воды.
Различают 7 классов качества воды: I класс - очень чистые воды, II
класс - чистые, III класс - умеренно-загрязненные, IV - загрязненные, V грязные, VI - очень грязные, VII - чрезвычайно грязные. Отнесение к классу качества проводится по величине "индекса загрязненности воды"
(ИЗВ) - комплексного показателя, характеризующего сумму нормированных (отнесенных к ПДК) среднегодовых значений концентраций загрязняющих веществ.
41
Цветность (окраска) обусловлена присутствием в природных водах гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и других органических соединений.
Кроме того, окраска воды может быть вызвана присутствием в ней соединений железа, сточных вод некоторых производств, “цветением” воды.
Мутность характеризуется наличием в воде взвешенных частиц
песка, глины, ила, планктона, водорослей и др.
Водородный показатель (pH). Природные воды по величине pH
обычно классифицируют на: кислые с pH от 1 до 3, слабокислые с pH от 4
од 6, нейтральные с pH около 7, слабощелочные с pH от 8 до 10 и щелочные с pH от 11 до 14.
Сухой остаток характеризует содержание в воде в основном примесей неорганического происхождения. Представляет собой остаток от
выпаривания известного объема нефильтрованной воды, высушенный при
температуре 110°С до постоянной массы.
Хлориды и сульфаты присутствуют во всех природных водах
обычно в виде солей кальция, магния, и натрия.
Железо и марганец в поверхностных водах обычно встречаются в
виде органических и минеральных комплексных соединений, либо в виде
коллоидных и тонкодисперсных взвесей.
Окисляемость воды обусловливается присутствием в ней органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических соединений (железо (II), сульфиты, сероводород и др.).
Азотсодержащие вещества (ионы аммония, нитриты, нитраты)
чаще всего образуются в природной воде в результате окислительновосстановительных процессов с участием сероводорода, гумусовых веществ и др., либо в результате разложения белковых соединений.
Химические процессы в гидросфере
Гидросфера – глобальная открытая система, стабильность которой
тем выше, чем больше разнообразие составляющих её компонентов. Опас42
ность разбалансировки такой системы, нарушение равновесия и стабильности возникает тогда, когда существенно изменяется химический состав или
физико-химические параметры на входе и, соответственно, продукция на
выходе.
Особенности химических процессов в гидросфере
К особенностям химических процессов в гидросфере можно отнести:
1. Многообразие форм химических соединений: присутствуют все
классы органических и неорганических веществ;
2. Влияние гидролиза на химические процессы и участие в них гидратированных молекул и ионов;
3. Участие в химических процессах водорослей и бактерий.
В гидросфере
протекают разнообразные химические и физико-
химические процессы. Рассмотрим некоторые из них.
1. Химические реакции в водных растворах, в основном ионообменные и окислительно-восстановительные.
2. Испарение и растворение газов на поверхности раздела воздухвода. Например, растворение газов O2, N2, CO2, H2S и NH3 в природной
воде.
3. Сорбционные процессы, т.е. процессы, адсорбции, абсорбции и
десорбции, обычно протекающие с участием органических соединений и
способствующие самоочищению природных вод.
4. Фотолиз – фотохимические превращения, протекающие в природных водах под воздействием УФ-излучения Солнца при участии свободных радикалов и возбужденных частиц.
43
Примеры химических процессов в гидросфере
ъ
7. Литосфера
Литосфера – твердая оболочка Земли, включает земную кору и
часть верхней мантии планеты, имеет толщину от 50 до 75 км на континентах и 5-10 км ниже дна океана. Верхние слои литосферы (2-3 км, а по некоторым данным – до 8,5 км) иногда называют литобиосферой. В этой части
литосферы существуют или способны существовать живые организмы или
жизнеспособные системы, в основном особые виды анаэробных бактерий.
Одно из отличий литосферы от других объектов окружающего нас
мира заключается в том, что она является постоянным местом обитания
человека, а поэтому в наибольшей степени подвержена антропогенному
воздействию (с учетом эксплуатации поверхностного слоя и недр Земли).
При этом максимальному загрязнению и разрушению подвергается почва
– самый верхний слой литосферы.
Основной элементный состав земной коры
Элемент
Содержание, мас.%
Кислород
49,13
Кремний
26,00
Алюминий
7,45
Железо
4,20
Кальций
3,25
Натрий
2,40
44
Калий
2,35
Магний
2,35
Водород
1,00
Титан
0,61
Углерод
0,35
Хлор
0,20
Фосфор
0,10
Химические элементы в земной коре находятся, как правило, в связанном состоянии. Природные химические соединения часто называют минералами.
В самом общем плане минералы – это природные химические соединения или их смеси, представляющие собой результирующие продукты
химических реакций и физических процессов, происходивших или происходящих на Земле. К минералам относятся различные соли (силикаты,
сульфиды, карбонаты и т.д.), вода, кислород, нефть, уголь, золото, серебро
и т.п.
Минералы – основа земной коры. Среди них большую часть составляют (мас.%): силикаты – 75, оксиды и гидроксиды – 17, карбонаты –
1,7, сульфиды – 1,15, фосфаты – 0,7, галогениды – 0,5. На долю органических соединений вместе с нитратами, хроматами и другими солями приходится около 3,35 мас.%.
Химические процессы в литосфере
Большинство химических процессов, происходящих в литосфере,
тесно связаны с другими оболочками Земли, их составом. В литосфере, как
и в других оболочках планеты, химические реакции могут происходить как
между её основными компонентами, так и с участием составляющих других оболочек.
45
Это могут быть:
– реакции соединения CaO + CO2  CaCO3
– реакции разложения CuCO3  CuO + CO2
– реакции замещения (окислительно-восстановительные)
CuSO4 + Fe  FeSO4 + Cu
– реакции обмена Na2CO3 + CaCl2  CaCO3 + 2NaCl
Почва
Почва – самый верхний и плодородный слой литосферы, является
связующим звеном между всеми оболочками планеты и живыми организмами, играет важную роль в процессах обмена веществом (энергией) между компонентами биосферы.
Почва – среда обитания большого количества живых организмов, и
многие химические процессы, происходящие в почве, как части литосферы, напрямую связаны с процессами в биосфере. В почве одновременно
могут протекать химические, физические и биологические процессы.
Эрозия почв – это явление разрушения и сноса почв и рыхлых пород потоками воды и ветра.
Одними из основных причин антропогенной эрозии почвы являются:
– уменьшение содержания гумусовых веществ в почве, приводящее
к изменению структуры и водонепроницаемости пахотных земель;
– нарушение баланса по воде, которое является следствием вырубки лесов, поливного земледелия и других воздействий, снижающих структурную устойчивость почв.
Засоление почв – процесс накопления вредных для растений солей
(CaCO3, MgCO3, Na2CO3, Na2SO4, NaCl и др.) в верхних слоях почвы.
Эколого-химическая характеристика качества почвы определяется следующими данными:
– общее содержание органических соединений (гумуса);
– содержание азота (аммонийного, нитратного, входящего в органические соединения);
46
– «связанной» угольной кислоты (прежде всего карбонаты кальция
и магния);
– содержание питательных для растения элементов (кальций, магний, калий, фосфор и т.д.) с учетом их биологического усвоения;
– содержание микроэлементов;
– фракционный и механический состав;
– величина pH;
– влагоемкость, гигроскопичность, объем пор и некоторые другие.
8. Биосфера – особая оболочка планеты
Биосфера – особая оболочка планеты, объемлющая все формы активной жизни. В более развернутом плане под биосферой понимается
нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы, включающие совокупность всех живых организмов. Исторически сложившаяся
многоуровневая, саморегулирующаяся система.
Биосфера - «область жизни», пространство на поверхности
земного шара, в котором распространены живые существа. Целостное учение о биосфере было создано в начале 20 века академиком В. И. Вернадским, согласно которому биосфера представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную систему земли, в которой
геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов – живого вещества.
Биосфера имеет определенные границы и охватывает относительно
небольшой слой поверхностных оболочек нашей планеты. Каждая из геологических оболочек имеет свои специфические свойства, которые определяют не только набор форм живых организмов, обитающих в данной части
биосферы, но и их основные морфофизиологические особенности. При
этом атмосфера, гидросфера и литосфера предстают не только как емкости,
заполненные жизнью, но как основные среды жизни, активно формирующие ее состав и биологические свойства.
47
Биосферу, как местообитание организмов, можно разделить на три
подсферы:
- геобиосфера (верхняя часть литосферы, населенная геобионтами);
- гидробиосфера (океаны, моря и континентальные пресные воды,
населенные гидробионтами);
- аэробиосфера(нижняя часть атмосферы, населенная тропобионтами, до 22-24км, где располагается озоновый слой).
Биосфера как целое образует единую экологическую систему Земли, в которой сконцентрировано живое вещество планеты – биота.
Биота – совокупность взаимосвязанных и независимых биологических видов, объединенных общей областью распространения; исторически
сложившийся комплекс живых организмов. Различают биоту Земли, государства, гидросферы и т.д.
Некоторые особенности биосферы
1. Биосфера – закономерный продут эволюции планеты Земля.
2. Биосфера Земли – большая (глобальная) открытая система, у которой на входе – поток солнечного излучения, а на выходе – минералы
(вещества), образовавшиеся в процессе жизнедеятельности организмов и
выпавшие из биогеохимических циклов (биогеохимического круговорота).
Например, уголь, торф, нефть, горючие сланцы и т.п.
3. Биосферу Земли можно рассматривать как кибернетическую систему, обладающую свойством саморегулирования, что обеспечивается
живыми организмами. Примером может служить практически постоянный
солевой состав мирового океана, хотя реки ежегодно несут в него значительное количество различных химических соединений, в том числе около
2,5 млн.т карбоната кальция.
4. Огромное внутренне разнообразие биосферы определяет её
устойчивость, обеспечивающую блокирование (нейтрализацию) внешних и
внутренних возмущений, вплоть до возмущений, носящих катастрофический характер.
48
5. Биосферу как особую динамическую систему отличает неравновесность, определяемая принципом Бауэра (принципом устойчивого
неравновесия живых систем).
6. Биосфера – это не тонкая непрерывная “пленка” живого вещества
планеты, а единая сложная организация, созданная сообществами дискретных организмов.
7. Оводненность биосферы – еще одна из её отличительных особенностей. В биосфере практически нет воды без жизни (исключение – воды вулканов и некоторые рассолы) и, что более понятно, жизни без воды.
8. Химические процессы в биосфере протекают или при непосредственном участии живых организмов, либо в среде, чьи физикохимические свойства в значительной мере определяются деятельностью
различных организмов на протяжении длительного времени геологической
истории Земли. Например, кислород атмосферы, являющийся продуктом
фотосинтеза, обновляется при участии хлорофилла растений каждые 2 тысячи лет.
9. Биосфера способна к эволюции, к переходу в высшую стадию
развития, называемую ноосферой – сферой разума.
Средний химический состав оболочек планеты
Оболочка планеты
Состав, мас. %
Атмосфера
O – 23,15 %, N – 75,52 %
Гидросфера
O – 88,8 %, H – 11,2 %
Литосфера
O – 50 %, Si – 26 %
Биосфера (биота)
O – 70 %, C – 18 %
Средний элементный химический состав живого вещества суши
Элемент
Содержание,
Элемент
% от живой массы
O
70
Содержание,
% от живой массы
Mg
4٠10-2
49
C
18
Cl
2٠10-2
H
10,5
Na
2٠10-2
Ca
5٠10-1
Fe
1٠10-2
N
3٠10-1
Al
5٠10-3
K
3٠10-1
Ba
3٠10-3
Si
2٠10-1
Sr
2٠10-3
P
7٠10-2
Mn
1٠10-3
S
5٠10-2
B
1٠10-3
Разведанные запасы некоторых химических элементов и их ежегодное
накопление живым веществом
Элемент Концентрируется Мировые Элемент Концентрируется Мировые
при фотосинтезе, т запасы
при фотосинтезе, т запасы
сырья, т
сырья, т
C
1011
1012
Co
105
106
P
109
1010
Ni
106
107
Cr
105
108
Cu
107
108
Mn
107
108
Zn
107
107
Fe
108
1011
Mo
105
106
Процессы в биосфере
Специфической чертой биосферы как особой оболочки Земли является происходящий в ней круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Живое вещество выполняет в биосфере следующие биогеохимические функции:
– газовую (поглощает и выделяет газы);
– окислительно-восстановительную (окисляет, например, углеводы
до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов);
50
– концентрационную (организмы-концентраторы накапливают в
своих телах и скелетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний и другие
элементы).
Основные функции живого вещества в биосфере
Функции
Краткая характеристика процессов
Энергетическая
Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе,
химической энергии в результате разложения энергонасыщенных веществ; передача энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.
Концентрационная
Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества, используемых
для построения тела организма и удаляемых из него
при метаболизме.
Деструктивная
Минерализация био- и небоигенного органического
вещества; разложение неживого неорганического
вещества; вовлечение образовавшихся веществ в
биологический круговорот.
Средообразующая
Преобразование
физико-химических
параметров
среды.
Транспортная
Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.
Круговорот веществ – это многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере. Геологический (большой) круговорот веществ связан с образованием и разрушением различных форм рельефа в результате геологических процессов при
участии энергии Солнца (горообразование, выветривание горных пород,
подъем новых материков). Геологический круговорот протекает без участия живых организмов и охватывает обширные области за пределами биосферы.
51
Движущей силой биологического (биогеохимического или малого) круговорота веществ является деятельность живых организмов, а
главным источником энергии является солнечная радиация. Он совершается в пределах биосферы, а его интенсивность определяется в первую очередь температурой окружающей среды и количеством воды (в тропиках
скорость круговорота выше, чем в тундре).
Движущей силой антропогенного круговорота веществ является
хозяйственная деятельность человека, которая приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды, что обусловливает незамкнутость антропогенного круговорота (обмена) веществ.
Из всех химических элементов наиболее важными для организмов
и наиболее значимыми для биосферы являются круговороты основных
элементов, входящих в состав живого вещества: углерода, кислорода, азота, фосфора и серы, поскольку они являются компонентами для построения
основных молекул живого вещества - углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Эти круговороты создаются живым веществом и одновременно поддерживают жизнедеятельность самих живых организмов. В процессе фотосинтеза за год зелеными растениями потребляется 480 млрд т
вещества, уходит в атмосферу 250 млрд т свободного кислорода; при этом
создается 240 млрд т живого вещества, в круговорот вовлекается 1,0 млрд т
азота, 260 млн т фосфора, 200 млн т серы.
За время существования биосферы свободный кислород атмосферы
обновлялся не менее миллиона раз, а воды Мирового океана прошли через
биогенный цикл не менее 300 раз.
Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода совершает большой и
малый круговороты, непрерывно переходя из одного состояния в другое.
Испарение воды с поверхности океана, перенос и конденсация водяного
пара в атмосфере, выпадение осадков на поверхность океана или на сушу с
52
последующим возвращением воды в океан с речным и подземным стоком
образуют большой круговорот. Взаимодействуя с литосферой, атмосферой
и живым веществом, круговорот воды связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу.
Активность водообмена (по М.И Львовичу)
Активность
3
Часть гидросферы
Объем, тыс. км
водообмена,
число лет
Океан
1 370 000
3 000
Подземные воды
60 000
5 000
В том числе зоны
4 000
300
активного водообмена
Полярные ледники
24 000
8 000
Поверхностные воды су280
7
ши
Реки
1,2
0,030
Почвенная влага
80
1
Пары атмосферы
14
0,027
Вся гидросфера
1 454 000
2 800
Малый круговорот воды отличается тем, что он происходит в
пределах экосистемы, представляя собой круговую циркуляцию воды между гидросферой, почвой, атмосферой, растениями, животными и микроорганизмами.
Круговорот углерода в биосфере начинается с поглощения СО2
при фотосинтезе зелеными растениями и фотосинтезирующими водорослями, включает прохождение углерода по цепям питания в составе разнообразных органических соединений и заканчивается выделением углерода
в составе СО2, образующегося при окислении органических веществ в процессе дыхания всех видов организмов или их разложения после гибели.
Часть углерода может выводится из круговорота и при последующем захоронении детрита накапливаться в литосфере в виде торфа, угля, горных
сланцев, рассеянной органики или осадочных горных пород. Теперь человечество в огромных количествах добывает ископаемое топливо для обес-
53
печения потребностей в энергии и, сжигая его, в определенном смысле завершает круговорот углерода, возвращая в атмосферу углекислый газ.
Другой путь углерода связан с созданием карбонатной системы в
различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31- и CO32-, а затем с
помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями с образованием залежей известняков.
Круговорот углерода неразрывно связан с круговоротом кислорода
– одного из наиболее активных газов, занимающего в составе земной атмосферы второе место после азота. Круговорот кислорода весьма сложен, поскольку он входит в состав множества химических соединений минерального и органического миров, но одним из ключевых звенев его также является СО2 В течение геологической истории Земли содержание СО2 в атмосфере все время снижалось, составляя когда-то 60%, но за последние 100
лет его концентрация вновь стала возрастать и, увеличилась на 25%, что,
при сохранении этой тенденции, по мнению многих, может привести к
глобальному потеплению. Парниковым эффектом (т.е. способностью задерживать тепловое излучение Земли в космос) обладают многие газы:
фреоны (хлорфторуглероды, например - CCl2F2), метан CH4, оксиды азота,
пары воды и другие, однако СО2 обеспечивает около 60% этого эффекта,
последствиями которого может стать повышение уровня Мирового океана
и затопление прибрежных территорий, изменение климата и усиление
штормовой активности, смещение климатических зон, таяние многолетней
мерзлоты и т.д.
С циркуляцией кислорода связана также проблема разрушения озонового слоя атмосферы, куда в результате человеческой деятельности попадают сотни веществ, многие из которых являются парниковыми газами и
разрушителями озона: например, соединение хлора и брома, оксиды азота
и серы и т.д.
54
По прогнозам при сокращении озонового слоя на 5% поток ультрафиолетового излучения увеличится на 10%, а количество заболеваний раком кожи – на 20-30%.
Круговорот азота является примером саморегулирующегося цикла
с большим резервным фондом в атмосфере, в который азот составляет
78%. Большую роль в этом цикле играют микроорганизмы - азотфиксаторы
(клубеньковые бактерии бобовых растений, некоторые водоросли и грибы),
переводящие N2 в нитраты, доступные остальным растениям, от которых
по пищевым цепям он передается другим организмам экосистемы. Продукты их жизнедеятельности и мертвые тела, разлагаясь с помощью бактерий,
возвращают азот в почву, главным образом в аммонийной (NH4+) форме,
которую некоторые бактерии - нитрификаторы могут переводить в нитритную (NО2-) или нитратную форму (NО3-), усваиваемые любыми растениями. Восстановление связанного азота до газообразного N2 или оксидов азота NxOy осуществляется бактериями – денитрификаторами.
Проблемы, связанные с круговоротом азота заключаются в том, что
для повышения продуктивности агроценозов, человек вносит в почву азотные удобрения, которые усваиваются не более чем на 50%. Смытые в реки
нитраты приводят к эвтрофированию водоемов, а накопленные в овощах
могут вызвать отравление. Оксиды азота, которые образуются в двигателях
внутреннего сгорания и входят в состав фотохимического смога, взаимодействуя на свету с не полностью сгоревшими углеводородами топлива,
образуют ядовитые озон и ПАН (пероксиацетилнитрат). Кроме того окислы азота в некоторых районах дают до 40% кислотных дождей, под воздействием которых не только гибнут природные сообщества, но и разрушаются памятники архитектуры.
Кислотные дожди связаны и с круговоротом серы, который имеет
свои особенности. Сера – биогенный элемент, который почти не бывает в
дефиците, имея обширный резервный фонд в почве в виде сульфатов и образуя свыше 420 минералов. В круговороте серы наряду с геохимическими
55
и метеорологическими процессами большую роль играют микроорганизмы, одни из которых выполняют функцию окисления (например, аэробное
окисление H2S до SO42- серо- и тиобактериями) а другие восстановления
(анаэробное восстановление SO42- до H2S сульфатредуцирующими бактериями). Сульфат SO42- - это основная доступная для живых организмов
форма серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в белки.
Круговорот фосфора это пример осадочного цикла с резервным
фондом в земной коре, где, входя в состав различных минералов, фосфор
содержится в виде неорганического фосфат-иона PO43-, который поглощают растения, включая фосфор в состав различных органических соединений, передаваемых по пищевым цепям всем прочим организмам экосистемы. В процессе клеточного дыхания фосфаты вновь поступают в окружающую среду, после чего могут снова поглощаться растениями и начинать
новый цикл.
В отличие от углекислого газа, который свободно переносится воздушными потоками, у фосфора нет газовой фазы и, попадая в водоемы, он
аккумулируется там, насыщая, а иногда и перенасыщая их экосистемы.
Фосфор и другие минеральные биогены циркулируют в экосистеме
лишь в том случае, если содержащие их "отходы" жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента, как это и происходит
в естественных экосистемах, но когда в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя например,
удобрения или урожай вместе с аккумулированными биогенами на большие расстояния к потребителям.
Связующим и важнейшим составным элементом биосферы и всех
других оболочек планеты является кислород:
56
Несмотря на то, что в состав живых организмов входят те же химические элементы, соединения которых образуют атмосферу, гидросферу
и литосферу, организмы не повторяют полностью химического состава
среды.
Химические процессы в биосфере
Для химических процессов в биосфере характерны следующие особенности:
– участие в химических и биохимических реакциях большого числа органических и неорганических веществ;
– протекание химических реакций смешанного типа, часто без
непосредственного контакта взаимодействующих веществ (например,
окислитель и восстановитель в живых организмах в большинстве случаев
находятся в разных частях тела);
– неравновесность процессов;
– участие в химических реакциях живых организмов.
Примеры химических и фотохимических процессов в биосфере
Фотосинтез:
h
6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2
Дыхание:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
Превращение солей в организме человека на примере PbCO3:
PbCO3 + 2HCl = PbCl2 + H2CO3
(с кислотой желудочного сока)
PbCO3 + 2NaOH = [Pb(OH)]2CO3 + Na2CO3
57
(в щелочной среде кишечника)
PbCO3 + H2S = PbS + H2CO3
(в толстой кишке)
Образование «зубного камня»:
3Ca2+ + 2PO43- = Ca3(PO4)2
9. Взаимодействие веществ в оболочках планеты
Рассмотрим взаимодействие между оболочками планеты на примере атмосферы.
1. Взаимодействие между постоянным составом атмосферы:
N2
2N; N + O2 → NO2
2. Взаимодействие между переменным составом атмосферы:
SO2 + H2O2 → H2SO4
3. Взаимодействие между постоянным и переменным составом атмосферы:
SO2 + O2 → SO3
58
4. Взаимодействие между переменным составом атмосферы и постоянным составом гидросферы:
SO2 + H2O → H2SO3
5. Взаимодействие между постоянным составом атмосферы и переменным составом гидросферы:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
6. Взаимодействие между постоянным составом гидросферы и постоянным составом атмосферы:
H2O + NO2 → HNO3 + HNO2
7. Взаимодействие между переменным составом гидросферы и переменным составом атмосферы:
CO + HO• → CO2 + H•
8. Взаимодействие между постоянным составом атмосферы и постоянным составом литосферы:
Na2S + O2 → Na2SO4
9. Взаимодействие между постоянным составом биосферы и постоянным составом литосферы:
(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2 = 106CO2 +
122H2O + 16HNO3 + H3PO4
10. Взаимодействие между переменным составом литосферы и переменным составом гидросферы:
CaO + CO2 → CaCO3
11. Влияние внешнего сигнала на процесс с основным составом атмосферы:
h
O2  O + O*
12. Влияние внешнего сигнала на процесс с переменным составом
атмосферы:
h
NO  NO+ + e-
59
10. Природные ресурсы
Природные (естественные) ресурсы – важнейшие компоненты
окружающей среды, которые используют для создания материальных и
культурных потребностей общества.
К природным ресурсам относятся: ресурсы животного мира, земельные, лесные, водные, рекреационные, эстетические и другие.
Неисчерпаемые ресурсы – ресурсы, количество которых не изменяется во времени: солнечная энергия, ветер, морские приливы, текущая
вода.
Исчерпаемые ресурсы – ресурсы, количество которых со временем уменьшается. Подразделяются на две группы: возобновляемые и невозобновляемые.
Природные ресурсы
Неисчерпаемые
Исчерпаемые
солнечная
энергия
Возобновляемые
ветер
чистый воздух
морские
приливы,
текущая вода
пресная вода
растительный и
животный мир
Количество не
изменяется
Невозобновляемые
ископаемое топливо
(уголь, нефть, газ…)
металлическое
минеральное сырье
(руды: железные,
медные…)
неметаллическое
минеральное сырье
(глина, песок,
фосфаты…)
Количество уменьшается
60
К возобновляемым исчерпаемым природным ресурсам относятся:
чистый воздух, пресная вода, плодородная почва, растительный и животный мир.
К невозобновляемым исчерпаемым природным ресурсам относятся:
ископаемое топливо (уголь, нефть, газ), металлическое минеральное сырье
(руды: железные (Fe), медные (Cu), алюминиевые (Al), ...) и неметаллическое минеральное сырье (глина, песок, фосфаты, хлориды, карбонаты и
т.д.). Сюда же относятся и природные ландшафты.
Невозобновляемые исчерпаемые природные ресурсы называют
минеральным сырьем и ископаемым топливом. В целом, минеральные ресурсы – совокупность пригодных для добывания и использования вещественных составляющих литосферы.
Минеральное сырье и ископаемое топливо используют в хозяйстве
как сырье или как источник энергии.
Рекреационные ресурсы – ресурсы, которые обеспечивают отдых,
восстановление здоровья и трудоспособности человека (места с хорошим
климатом, чистой природой).
Эстетические ресурсы – сочетание разных природных факторов,
которые положительно действуют на духовный мир человека (красивая
природа, красивые пейзажи ...). Изучаются в разделе «Видеоэкология».
Виды минерального сырья и их запасы
Виды сырья
Запасы минерального сырья
начало 1981 г.
начало 2000г.
719817
780 000
89283
130500
2343
2900
Никель, тыс. т
36335
51015
Кобальт, тыс. т
1891
3250
Уголь, млн. т
Железные руды,
млн. т
Марганцевые руды,
млн. т
61
Вольфрам, тыс. т
1650
2381
Молибден, тыс. т
6784
10450
Бокситы, млн. т
12637
20100
3504
3547
Медь, млн. т
390
541
Свинец, млн. т
109
161
Цинк, млн. т
147
255
Олово, тыс. т
2946
4330
31276
31320
16220
15427
319
567
71
119
Хромовые руды,
млн. т
Фосфатное
сырье, млн. т
Калийные соли,
млн. т
Сера самородная,
млн. т
Асбест, млн. т
Природопользование – это процессы вовлечения в общественное
потребление природных ресурсов: земель, лесов, полезных ископаемых,
водных и других ресурсов с целью создания материальных благ и услуг.
В
широком
смысле
«природопользование»
-
материально-
практический процесс взаимодействия природы и общества, социальноэкономическая деятельность, связанная с использованием природных ресурсов и условий, воздействием на них, включая их преобразование и восстановление, в целях обеспечения благосостояния человека. В узком смысле «природопользование» - система специализированных видов деятельности, осуществляющих первичное присвоение элементов окружающей природной среды, их производственное использование, воспроизводство и охрану от загрязнения.
62
Природопользование рациональное обеспечивает комплексное использование изъятых у природы ресурсов; безотходное и экологически чистое
производство; воспроизводство и восстановление ресурсов, т.е. обеспечивает
возможность удовлетворения потребностей не только настоящего, но и будущих поколений.
Рациональное природопользование предполагает меры по сохранению
ресурсного потенциала, для оценки которого используется понятие качества
природной среды как степени соответствия природных условий жизненным
потребностям людей и других живых организмов. Оценка качества природной
среды реализуется через систему экологического нормирования – установления предельно допустимых воздействий человека на те или иные компоненты природной среды.
Гигиенические нормативы устанавливаются в интересах охраны здоровья человека, охватывая производственную и жилищно-бытовую сферы его
жизни. Это наиболее разработанная система норм, использующая в качестве
основных показателей ПДК – предельно допустимую концентрацию (количество вредного вещества в окружающей среде, практически не влияющее на
здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у его
потомства при постоянном контакте или воздействии за определенный промежуток времени).
Состояние экосистем можно характеризовать также определенным
набором параметров, в качестве которых наряду с ПДК используют ПДЭН –
предельно допустимую экологическую нагрузку. Особое значение при этом
приобретает создание разносторонней системы наблюдений и контроля экологических процессов – мониторинга - с целью моделирования, прогнозирования возможных изменений в окружающей среде и управления ее качеством.
63
11. Загрязнение и загрязнители окружающей среды
Загрязнение
Загрязнение – превышение в окружающей среде многолетнего
уровня физических, химических, биологических агентов или привнесение в
окружающую среду (или возникновение в ней) не характерных для неё новых разновидностей агентов, перечисленных выше.
В более общем, плане загрязнение есть неблагоприятное изменение
окружающей среды, полностью или частично вызванное деятельностью
человека, прямо или косвенно меняющее распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и
условия существования живых организмов и их сообществ.
Загрязнение и загрязнители окружающей среды
Загрязнители – любые природные или антропогенные агенты,
присутствующие в окружающей среде или возникающие в ней в количествах (дозах), превышающих их естественное содержание (уровень) или
являющиеся новыми для неё и проявляющие себя в воздействии на объекты живой и неживой природы.
Загрязняющие вещества – существующие химические вещества,
присутствующие в окружающей среде в количествах, превышающих их
естественное содержание или новые химические соединения, ранее не
встречавшиеся в природе.
Норма загрязнения - предельное количество какого-либо вещества, поступающего или содержащегося в окружающей среде. Определяется ПДК и другими нормативными документами.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) - концентрация химического соединения, которая при ежедневном или периодическом воздействии на человека в течение длительного времени или всей жизни не
вызывает в его организме каких-либо заболеваний или патологических изменений.
64
Источник загрязнения
Источник загрязнения – локальный, региональный или более обширный источник образования или поступления любого вида загрязнения
по отношению к конкретной территории (месту) и находящимся на ней
объектам живой и неживой природы.
Источники загрязнения
Естественные (природные)
Деятельность вулканов,
землетрясения,
ураганы,
выделения бактерий и т. д.
Не связаны с
деятельностью человека
Искусственные
(антропогенные)
Промышленность,
сельское хозяйство,
транспорт,
отопление и т.д.
Связаны с деятельностью
человека
Естественные источники загрязнения
За год на планете: ~ 100 тысяч гроз, 10 тысяч наводнений, около
100 тысяч пожаров, землетрясений, ураганов, оползней, несколько сотен
извержений вулканов.
За 1 сильное землетрясение из недр Земли освобождается энергия ~
1019 Дж, что эквивалентно взрыву n•100 мегатонных водородных бомб
(n=5-20).
65
Вулканы
Вулканы
Неорганические соединения
Органические соединения
Абиогенный синтез органических соединений при извержении
вулканов:
CO + 3H2  CH4 + H2O
CO + 4H2  CH4 + 2H2O
Гомологи метана (C2 ……С6)
Примеры синтеза галогенсодержащих органических соединений
при извержении вулканов:
CH4 + HF  CFH3 + H2
CCl4 + HF  CFCl3 + HCl
CFCl3 + HF  CF2Cl2 + HCl
66
Солевые частицы в атмосфере над океаном – источник загрязнения
почв приморских районов (до 470 т/км2 за год)
Основные природные источники поступления некоторых соединений
SO2 – вулканы, разложение серных вод
H2S – вулканы, заболоченные участки суши
CO – лесные пожары, вулканы, океан
CO2 – лесные пожары, вулканы, океан
NOx – почвенные микробы
NH3 – биологическое разложение
Различные соли – ветровые процессы над морями и океанами
Минеральные частицы (соли) – ветровые процессы над материками
Частицы взаимного происхождения – метеориты
Антропогенные источники загрязнения
В результате действия искусственных источников изменяется состав атмосферы, гидросферы, загрязняется поверхность Земли, происходят
необратимые процессы в биосфере.
Типы загрязнений: физическое, химическое, биологическое.
Загрязнение
Физическое
Химическое
Биологическое
тепловое
шумовое
электромагнитное
световое
радиоактивное
(радиационное)
вибрационное
химические вещества
тяжелые металлы
диоксины
пестициды
аэрозоли
пластмассы
вещества космического
происхождения
СПАВ
биотическое
(биогенное)
микробиологическое
генная инженерия
СПАВ – синтетические поверхностно-активные вещества
67
Загрязнения
Биологическое загрязнение – изменение биологического состава,
появление новых модификаций организмов, не всегда нужных и полезных.
Физическое загрязнение – изменение физических параметров
окружающей среды, включающих тепловое , световое, шумовое, электромагнитное и радиационное загрязнение.
Химическое загрязнение – изменение естественного химического
состава окружающей среды, вызванное превышением средних многолетних концентраций химических веществ, постоянно присутствующих в
окружающей среде или привнесением в окружающую среду новых, чуждых ей веществ.
Фоновый уровень загрязнения – концентрация загрязнения в среде или объекте, которая существовала бы в них в естественных условиях
при отсутствии конкретных источников загрязнения.
Искусственные источники загрязнения
Нарушение
равновесия в
природных циклах
Рост концентрации
«старых» веществ
Появление новых
веществ
Новые вещества
– незнакомы и чужды всему живому;
– не имеют “исторической” общности новых структур атомов с
природными экосистемами;
– от них не выработана зашита;
– вызывают трансформацию заболеваний, их протекания, последствий, могут вызвать неизвестные болезни.
68
Схемы аккумуляции загрязнителей
На примере пестицидов (в условных единицах накопления):
На примере стронция–90
Основные антропогенные источники поступления
некоторых соединений
SO2 – сжигание угля, нефтепродуктов
H2S – химические производства, очистки сточных вод
CO – автотранспорт
CO2 – различные процессы сжигания и горения
NOx – процессы горения, удобрения
NH3 – обезвреживание отходов
CnHm – химические и нефтехимические производства
Оксиды – промышленность, ТЭС, ТЭЦ
Соединения свинца – автотранспорт
Соединения тяжелых металлов – ТЭС, промышленность
На каждый миллион тонн стали в окружающую среду поступает
(в тыс. т): пыли – 100, CO2 – 30, SO2 – 8, NOx – 3, H2S – 1, HCN – 0.05,
HCl – 0.04, шламов – 30, шлаков – 800.
69
Только за счет сжигания угля в окружающую среду некоторые
элементы поступают в количествах, многократно превышающих их добычу из природных источников: ртути в 8700 раз, мышьяка – в 125, урана – в
60, бериллия – в 10 раз и т.д.
Основные источники загрязнения
атмосферы большого города
Автотранспорт
40 - 85 %
Отопление
20%
Промышленность
14%
Сжигание мусора
5%
Типичные загрязнители атмосферы
большого города
(в % по всем загрязнителям)
CO
~50
NOx
15
CnHm
8
SOx
15
Твердые
частицы
14
70
Источники загрязнений
лекарственных препаратов
Стеклянные
ампулы
Пластиковые
контейнеры
Упаковка для
крови
Системы и трубки
для переливания,
ввода лекарств
Данные по реальной загрязненности механическими микрочастицами
дистиллированной воды для инъекций из 10 проверенных серий
Номер серии
Концентрация
Номер серии
частиц в 1 мл
Концентрация частиц
в 1 мл
1
7600
6
21700
2
7000
7
28900
3
8500
8
25700
4
12400
9
16100
5
10900
10
11400
Смог в большом городе
В наиболее общем виде смог – смесь газообразующих загрязнителей, частиц пыли и капель тумана, содержащих некоторые загрязнители в
растворенном виде.
Фотохимический смог – комплекс химических процессов, происходящих в атмосфере больших городов под действием солнечного излучения. Исходным веществом, как правило, являются оксиды азота (автотранспорт).
Загрязнения и антропогенная деятельность в целом нарушают природные циклы, круговороты веществ, что в конечном итоге может привести к разрыву циклов, превращению их в линейные процессы. Это будет губительно для биосферы.
71
12. Токсичность
Токсичность – свойство веществ вызывать отравление организма.
Характеризуется дозой (концентрацией) вещества, вызывающей ту или
иную степень отравления. Различают токсическую и летальные дозы. Первая характеризует минимальное количество токсичного вещества, вызывающего появление устойчивых признаков отравления, вторая – минимальное количество токсичного вещества, способного вызвать смертельный исход.
Токсичные вещества (токсические вещества, ядовитые вещества,
яды) – химические вещества, вызывающие отравления; вредные вещества.
Степень отравления зависит от концентрации (дозы) конкретного токсичного вещества.
Токсичность зависит:
– от концентрации (дозы);
– от физико-химических свойств веществ;
– от их структуры;
– от окружения (синергизм, синергисты).
Токсичные
вещества
Промышленные
яды
Химические
вещества бытового
назначения
Химические
вещества
специального
назначения
Промышленные яды:
– раздражающие газы и пары кислот (HF, HCl, SO2, NH3, NO2 и
др.);
– стабильные газы (CO, NO);
– металлы, неметаллы и их соединения;
– кремний содержащие соединения (асбест, слюда, кварц)
72
Химические вещества бытового назначения или происхождения:
– ядохимикаты;
– краски, лаки, растворители;
– лекарственные препараты;
– химические добавки к пищевым продуктам;
– косметические средства;
– биологически активные соединения растительного происхождения;
– яды, образующиеся в результате деятельности микроорганизмов
при некачественной консервации продуктов и домашних заготовок.
Химические вещества специального назначения:
Бинарные вещества:
Mg3As2 + 3H2SO4 = 2AsH3 + 3MgSO4
AsH3 – арсин, отравляющее вещество общеядовитого действия
Супертоксиканты:
Соединения ряда тяжелых металлов, диоксины.
– наиболее токсичное
соединение из
класса диоксинов
Неравномерное (избирательное) распределение химических соединений в организме человека:
Костный скелет – соединения Ba, Sr, U, Ra, Pb, Be, F, Th.
Мягкие ткани – соединения As, Hg, Sb, Cd, Bi, Zn, Tl, Se, Te, Au
Печень – соединения лантана, церия, прометия, тория, америция,
ртути.
Характеристика токсичности химических веществ:
73
Характеристика
ЛД50 (для крыс)
токсичности
Чрезвычайно токсично
< 5 мг/кг массы тела
Высокотоксично
5 – 50 мг/кг массы тела
Умеренно токсично
50 – 500 мг/кг массы тела
Малотоксично
0,5 – 5 г/кг массы тела
Практически
5 – 15 г/кг массы тела
не токсично
Нейтрализация токсичных веществ
Антидоты – вещества (продукты), устраняющие последствия действия ядов на биологические структуры и нейтрализующие яды посредством химических реакций.
Универсальный антидот – молоко.
При отравлении барием:
(принять Na2SO4٠10H2O – глауберова соль).
Нейтрализация синильной кислоты глюкозой или серой:
Следует знать:
Любое вещество может быть и полезным, и ядовитым. Все зависит от концентрации.
74
13. Локальная среда обитания. Факторы воздействия.
Пищевые добавки
Большинство экологических проблем порождается людьми, их образом жизни в локальной среде обитания, которая в большинстве случаев
является городской. В течение двух последних столетий произошли глобальные изменения в соотношении жителей города и села. Численность городского населения резко увеличилась, составляя в 1800 г. около 5%, в
1900 г. — около 14%, а в 2000 г. - около 50%, причем в развитых странах
— свыше 80%, а в развивающихся — около 45%. В настоящее время в России доля городского населения составляет около 75%.
Крупные города порождают проблемы, от решения которых зависит не только их собственное развитие, но и развитие обширных территорий, окружающих город. Чисто экологические проблемы городов выделить
трудно, т.к. они неизбежно переплетаются с экономическими и социальными, но среди них можно отметить такие как возрастающее поглощение
городами площадей земли; истощение природных ресурсов; загрязнение
окружающей среды выбросами и стоками; уничтожение природных экосистем и их нарушение; ухудшение здоровья людей. Уменьшить остроту этих
проблем можно путем экологизации городов - приведением их параметров
в состояние равновесия с природной средой.
В 1983 г. Всемирная Комиссия ООН по окружающей среде и развитию в своем отчете "Наше общее будущее" призвала к "новой эре экономического развития, безопасного для окружающей среды". Комиссия отметила, что "человечество не способно сделать развитие устойчивым — обеспечить удовлетворение нужд настоящего, не подвергая риску способность
будущих поколений удовлетворять свои потребности". Таким образом, необходим переход к устойчивым формам развития, которые требуют разумных взаимоотношений с окружающей средой. Перспективу на этом пути
открывает обширная программа "Повестка дня на XXI век", принятая на
75
Конференции ООН по окружающей среде и развитию в июне 1992 г. в
Рио-де-Жанейро.
В документах конференции первые два тезиса сформулированы
следующим образом:
1. "Все государства и все люди будут сотрудничать в осуществлении крайне важной задачи устранения бедности как необходимого требования для того, чтобы уменьшить неравенство в стандартах жизни и лучше
удовлетворить требования большинства людей в мире".
2. "Для достижения устойчивого развития и более высокого качества жизни для всех людей государствам следует ослабить и исключить
экологически неприемлемые производства и потребление, и поддерживать
необходимую демографическую политику".
Человек - естественный компонент биосферы, он возник в результате ее эволюции, и на него, как и на все остальные виды, распространяются законы биосферы.
Человечество может существовать на планете только в довольно
узком интервале ее параметров. Как и любой другой вид, человек имеет
свою экологическую нишу - систему взаимоотношений с окружающей
средой, законы развития которых человеку необходимо учитывать в своей
деятельности. Отступление от этих законов может привести человечество
к катастрофическим последствиям.
Указом Президента РФ от 01.04.96 № 440 утверждена Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию. Переход
к устойчивому развитию предполагает постепенное восстановление естественных экосистем до уровня, гарантирующего стабильность окружающей среды, и должен обеспечить на перспективу сбалансированное решение проблем социально-экономического развития и сохранения благоприятной окружающей среды и природно-ресурсного потенциала. При этом
решаются следующие задачи:
76
- обеспечение стабилизации экологической ситуации при выходе
страны из экономического кризиса;
- коренное улучшение состояния окружающей среды за счет экологизации экономической деятельности;
- введение хозяйственной деятельности в пределы емкости экосистем на основе массового внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий, целенаправленного изменения структуры экономики, структуры
личного и общественного потребления.
Наиболее опасные вещества и факторы воздействия
– соединения тяжелых металлов,
супертоксиканты;
– летучие органические соединения;
– формальдегид;
– пестициды;
– продукты сгорания;
– пыль;
– асбест;
– бактерии;
– дефицит солнечного света;
– радиация;
– электромагнитные поля и излучения;
– лекарственные препараты;
– пищевые добавки.
77
Пищевые добавки
Продукты питания
Источник
необходимых
веществ
Источник
загрязняющих
веществ
Пищевые вещества
Макроэлементы
Микроэлементы
Биологически активные
вещества
Радионуклиды
Ядохимикаты
Ксенобиотики
Биологические
загрязнители (вирусы,
микроорганизмы...)
Химические
вещества пищи
Природные
компоненты
продуктов
Загрязнители
Пищевые
добавки
Пищевые добавки и химические соединения
Пищевые добавки – природные или синтетические вещества,
преднамеренно вводимые в пищевые продукты (продукты питания) с целью придания им определенных заданных свойств и не употребляемые сами по себе в качестве пищевых продуктов или обычных компонентов пищи.
78
Состав пищевых
добавок
Неорганические
соединения
Соединения
смешанного
типа
Органические
соединения
Неорганические
соединения
Простые
Оксиды
Кислоты
Основания
Соли
азот,
алюминий,
серебро,
золото....
титана,
серы, азота,
кальция,
кремния...
серная,
соляная,
борная,
фосфорная,
угольная...
гидроксиды
натрия, калия,
магния,
кальция...
нитраты,
нитриты,
сульфаты,
фосфаты,
хлориды...
Органические соединения и пищевые добавки
Органические
соединения
Органические
кислоты
Спирты
Эфиры
Целлюлоза
Ферменты
Функциональные классы
пищевых добавок
Кислоты (рН)
Пеногасители
Антиокислители
Наполнители
Глазирователи
Красители
Эмульгаторы
Уплотнители
Консерванты
Подсластители
Пенообразователи
Желеобразователи
Разрыхлители
Загустители
Усилители вкуса,
запаха и др.
79
Состояние пищевых добавок в продуктах:
– полностью в неизменном виде;
– частично в неизменном виде;
– в виде новых веществ, образующихся в результате взаимодействия добавок с компонентами пищевых продуктов.
Большинство добавок не имеют, как правило, пищевого значения и
в лучшем случае являются биологически инертными для организма, а в
худшем – оказываются биологически активными и небезразличными
для организма.
E – обозначение пищевых добавок, разработанных в Европе. Трехзначное число, следующее за буквой Е – код соответствующей добавки.
Например, Е152 – активированный уголь, Е173 – мелкодисперсный алюминий.
Из добавок серии Е различают:
– разрешенные пищевые добавки (их большинство);
– не разрешенные в России (не завершен комплекс их испытаний).
Их достаточно много (Е103, Е107, Е125, Е173-175, Е209, Е303, Е408, Е512,
Е906 и др.);
– запрещенные в России (Е121, Е123, Е240 и др.).
80
14. Экология и кибернетика. Системный подход
Экология и кибернетика
Сейчас все чаще для анализа ситуаций и процессов в одной области
знаний привлекают модели и методы из других областей знаний, в частности из кибернетики.
Причины:
1.
Во многих науках существенное значение приобрело понятие
“сложная динамическая система”. Оно подробно разработано и используется в кибернетике.
2.
Несмотря на то, что математические методы уже давно исполь-
зуются в естественных науках, методы кибернетики, кибернетический подход подводят новую основу под математическое ядро наук. Они дают возможность абстрагироваться от конкретного содержания рассматриваемой
системы, позволяют рассматривать систему целостно.
3.
К сложным динамическим системам можно применять функ-
циональный подход, дающий возможность поставить программу исследований, основная идея которой состоит в построении функциональной зависимости “вход-выход”.
Такой подход может быть перспективным и при изучении различных экосистем, земных сфер, особенно там, где пока невозможно точно
просчитать или проанализировать те или иные взаимодействия.
Кибернетическая система – наиболее общая и абстрактная модель
большой системы. Как правило – открытая система. Элементы (подсистемы) такой системы могут представлять собой объекты любой природы.
Состояние элементов кибернетической системы может меняться:
– самопроизвольно;
– под воздействием внешних входных сигналов;
– под воздействием сигналов от других элементов системы (внутренних сигналов).
81
Структура кибернетической системы – система связей между
элементами системы.
Полное описание кибернетической системы – суммарное описание законов функционирования системы и характеристика её начального
(исходного) состояния.
Примеры построения функциональных схем для
систем различного уровня
Общий подход (алгоритм)
82
Примеры построения функциональных схем для систем
различного уровня
Химическая система (Al + раствор Na2S)
Изменением начального состояния можно изменять выходные сигналы (увеличить, уменьшить, ускорить, замедлить, прекратить совсем).
Гидросфера
Гидросфера

Океанические Перенос
циркуляции
вещества
Функциональная схема подсистемы «океанические циркуляции»
Нефть
C
2
t
1
Sл
Q
Tэ-п
K
Tар
B
conv
Tанти
Tкз
Tант
83
Входные (внешние) сигналы:
С – солнечное излучение
К – сила Кориолиса
В – ветровые процессы в атмосфере
Нефть – разлив нефти
Блоки (подсистемы):
∆ t – различные по температуре части океана
Tэ-п – течения от экватора к полюсу
Танти – антициклонические течения
Тант и Тар – вынос антарктических и арктических вод
Ткз – компенсирующие течения вдоль западных побережий
conv – смешение холодных и теплых течений
Q – перенос тепла в Арктику (1) и Антарктику (2)
Sл – площадь льдов в Арктике (1) и Антарктике (2)
Простейшая функциональная схема для биоструктур
Энергия
Энергия
Простые неорганические в-ва
Простые органические в-ва
МАКРО
МОЛЕКУЛЫ
НАДМОЛЕКУЛЯРНЫЕ
СТРУКТУРЫ
КЛЕТОЧНЫЕ И
СУБКЛЕТОЧНЫЕ
СТРУКТУРЫ
Продукты
отмирания
и разрушения
ЗАГРЯЗНЕНИЕ
ЗАГРЯЗНИТЕЛИ
(вещества, излучения,
вибрация и т.д.)
84
Пример составления уравнений по структурной схеме
Упрощенная функциональная схема большого города
Природные факторы
Воздух
Атмосфера
(воздух)
Гидросфера
(вода)
Литосфера
(почва)
Продукция
Отходы
Вода
Автотранспорт
Население
Промышленность
Загрязнители
Ресурсы
Коммунальное
хозяйство
Ресурсы
(запасы)
Флора и фауна
Системы контроля и управления
На схеме показаны не все внутренние и внешние сигналы.
85
15. Полезные мысли и высказывания
Ни один вид не может существовать в созданных им отходах.
В.И.Вернадский
У природы есть предел терпения. Когда людские злодеяния превышают меру, она начинает мстить.
Махатма Ганди
Или люди сделают так, чтобы в воздухе стало меньше дыма, или
дым сделает так, что на Земле станет меньше людей.
Дж.Баттон
Потомки никогда не простят нам опустошения Земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им.
П.И.Чайковский
Действия без знаний – опасны, размышления без знаний – бессмысленны.
Древняя мудрость
Нет ничего опаснее деятельности невежества.
Иоганн Гете
В настоящее время само естественнонаучное и техническое знание должно носить гуманитарный характер.
Мудрость наших дней
Машины, механизмы, технологии XX века могут стать губительными для XXI века. Но главным препятствием является мировоззрение людей XX века. Его необходимо изменить в первую очередь.
Homo sapiens
В обращении с планетой, с самим человеком нужны глубокие знания и мудрая осторожность.
Н.Ф.Реймерс
Ни человечества, ни природы нельзя понять мимо исторического
развития.
А. Герцен
86
Человек глубоко отличается от других организмов по своему действию на окружающую среду. Это различие, которое было велико с самого начала, стало огромным с течением времени.
В.И. Вернадский
Природа дала человеку в руки оружие – интеллектуальную силу, но
он может пользоваться этим оружием и в обратную сторону, поэтому
человек без нравственных устоев оказывается существом и самым нечестивым и диким.
Аристотель
Природа выше искусства.
В. Шекспир
Природа не признает шуток; она всегда правдива, всегда серьезна,
всегда строга; она всегда права; ошибки же и заблуждения исходят от
людей.
Иоганн Гете
Человечество – без облагораживания его животным и растениям
– погибнет, оскудеет, впадет в злобу отчаяния, как одинокий в одиночестве.
Андрей Платонов
Университет – будь он для химиков, физиков, математиков, филологов, юристов – учит многомерности жизни и творчества, учит терпимости к непонятному и попытке постигнуть бескрайнее, сначала не во
всем доступное, разнообразное.
Д.С. Лихачев
В природе нет ничего бесполезного.
Мишель Монтень
Отходы – ценное сырье, попавшее не в свое место.
Объективная реальность
87
Нельзя заранее правильно определить, какую сторону бутерброда
мазать маслом.
Эдвард А. Мэрфи (мл.)
Прогресс – закон природы.
Вольтер
Не то, что мните вы, природа:
Не слепок, не бездушный лик –
В ней есть душа,
в ней есть свобода.
В ней есть любовь,
в ней есть язык.
Федор Тютчев
Природа такой же уникум, как картины Рафаэля, уничтожить их
легко, воссоздать невозможно.
И.П. Бородин
Мысли глобально, действуй локально.
Экологический призыв
Даже если все эксперты согласны, не исключено, что они ошибаются.
Бертран Рассел
Преодолеть современные, а тем более грядущие экологические
трудности, выжить в современных условиях, решить проблемы «sustainable development» сможет только по-настоящему интеллигентное общество.
Н.Н. Моисеев
У России еще многое впереди … она еще и ныне «молодое» государство … Способом верного превращения молодого в зрелое должно быть не
одно время, а в соединении с обдуманной системой всего образования.
Д.И. Менделеев
88
Ядом пропитывая нутро,
За глоток дыма дрожим.
Курите!
Травитесь!
Но
Не отравляйте жизнь другим.
Владимир Маяковский
В стеклянном доме не бросаются камнями.
Народная мудрость
Лик планеты – биосфера – химически резко меняется человеком сознательно и главным образом бессознательно.
В.И. Вернадский
В химии нет отходов, а есть неиспользованное сырье.
Д.И. Менделеев
Всем чинам, на службе состоящим, а также мануфактурсобственникам и прочим важных ремесловых занятий персонам помнить
надлежит: все проекты зело исправны должны быть, дабы казну зряшно
не разорять и Отечеству ущерба не чинить.
Петр I
Экологический кризис является важнейшей политической проблемой … Проблему экологического кризиса должны совместными усилиями
решать самые разные науки, к примеру, биология, география, химия, инженерные науки, социология и политология …
Лишь цельное образование, дающее одинаково глубокие знания в
науках естественных и гуманитарных, и, тем самым, способствующее
появлению людей, которые внесут свой вклад в дело преодоления кризиса,
косвенно пойдет на пользу и философии. Более того, философия поможет
отдельным наукам теоретически понять причины экологического кризиса,
с тем чтобы успешней бороться с ним на практике.
В. Хёсле
89
Человек не находится на пути к вымиранию, он может приспособиться к условиям среды, однако это приспособление станет началом
настоящей трагедии. В процессе адаптации мы будем приспосабливаться
к ухудшающимся условиям, не отдавая себе отчета в том, что ребенок,
родившийся в подобных условиях, не имеет возможности полностью развить свои физические и умственные способности. Необходимо заниматься этой проблемой не только потому, что нам угрожает вымирание, а
потому, что если мы не осознаем воздействия, оказываемого на наш организм окружающей средой, то может произойти что-то похуже, чем вымирание рода человеческого - прогрессивная деградация самой сути жизни.
Рене Дюбо
Если каждый человек на куске земли своей сделал бы все, что он
может, как прекрасна был бы земля наша!
А.П. Чехов
Или люди сделают так, чтобы в воздухе стало меньше дыма, или
дым сделает так, что на Земле станет меньше людей.
Дж. Батон
Общество следует законам развития, даже если пытается эти
законы игнорировать.
Н.Ф. Реймерс
Все меньше –
окружающей природы.
Все больше –
окружающей среды.
Роберт Рождественский
Пока Земля еще вертится,
Пока еще ярок свет.
Булат Окуджава
90
Когда пробьет последний час природы,
Состав частей разрушится земных:
Все зримое опять покроют воды,
И божий лик изобразится в них.
Федор Тютчев
Все в мире цепью связано нетленной.
Все включено в один круговорот:
Сорвешь цветок,
и где-то во Вселенной
В тот миг звезда взорвется и умрет.
Лев Куклин
Земли не вечна благодать.
Когда далекого потомка
Ты пустишь по миру с котомкой,
Ей будет нечего подать.
В.Федоров
Главнейшие современные вопросы Постановки проблемы Выживания:
Где мы?
Почему, в силу каких причин эволюция общества вышла на глобальный экологический и системный кризис?
Быть или не быть человечеству?
Как выжить?
91
16. Список примерных тем для рефератов и
компьютерных работ
1. Атмосфера: состав, основные процессы, источники загрязнения,
нормативно-законодательная база.
2. Гидросфера: состав, основные процессы, источники загрязнения,
нормативно-законодательная база.
3. Литосфера: состав, основные процессы, источники загрязнения,
нормативно-законодательная база.
4. Биосфера: состав, основные процессы, источники загрязнения,
нормативно-законодательная база.
5. Техносфера, техногенез.
6. Антропогенные источники загрязнения окружающей среды, их
виды, степень влияния.
7. Нормативно-законодательная база по охране окружающей среды.
8. Отходы, их классификация, переработка.
9. Экология большого города (региона).
10.Экологические проблемы промышленности (по отраслям) и пути
их решения.
11.Экологическая экспертиза, экологическое нормирование.
12.Химический фактор в окружающем нас мире.
13.Большие системы: основы моделирования, рассмотрения и анализа.
14.Экологический менеджмент.
15.Экологические проблемы и химический фактор.
16.Экология и транспорт.
17.Наркотическая опасность.
18.Проблема табакокурения.
19.Локальная среда обитания: алкоголь.
20.Пищевые добавки.
21.Биологически активные добавки (БАД’ы).
92
22.Экологическое право.
23.Экологические основы природопользования.
24.Основные законы и правила экологии.
25.Экология и естествознание.
26.Электромагнитное загрязнение окружающей среды.
27.Экологические проблемы и пути их решения: вчера, сегодня, завтра.
28.Супертоксиканты в окружающей среде.
29.Экологические проблемы и просчеты.
30.Человек-общество-экология.
93
17. Приложения
Приложение 1
Диапазоны длин волн ультрафиолетовой (УФ),
видимой и инфракрасной (ИК) областей спектра
Область спектра
Длина волны, нм
Длина волны, мкм
УФ
10-400
0.01-04
Видимая
400-700
0.4-07
ИК
700-106
0.7-103
Приложение 2
Единицы измерения малых концентраций веществ и примесей
см-3 - число частиц газа, содержащееся в одном см3 газовой смеси;
промилле – тысячная доля,
0
00
;
миллионная доля или частей на миллион – млн-1 , характеризует количество частей примеси, приходящееся на 1 млн частей основного компонента;
миллиардная доля или часть на миллиард – млрд-1 .
Приложение 3
Единицы радиоактивности и доз радиации
Беккерель (Бк, Bg) – единица активности нуклида в радиоактивном источнике (в СИ), 1Бк=1 расп/с.
Кюри (Ки, Cu) – единица активности, 1 Ки= 3.71010 Бк.
Кулон/килограмм (Кл/кг) – единица экспозиционной дозы (в СИ).
Рентген (Р) – единица экспозиционной дозы, 1 Р=2.5810-4 Кл/кг.
Грей (Гр, Gr) – единица поглощенной дозы (в СИ), 1 Гр=1 Дж/кг.
Рад (рад, rad) – единица поглощенной дозы, 1 рад=0.01 Гр.
Зиверт (Зв, Sy) – единица эквивалентной дозы (в СИ), 1 Зв соответствует
поглощенной дозе 1 Дж/кг для рентгеновского, гамма- и бета-излучений,
для альфа-излучения соответствует дозе 0.05 дж/кг.
Бэр (бэр, rem) – единица эквивалентной дозы, 1 бэр=0.01 Зв.
Коллективные дозы выражаются в чел.Зв.
94
Приложение 4
Основные законы и постановления
экологического законодательства РФ
Конституция Российской Федерации;
Федеральный закон «Об охране окружающей среды»;
Земельный кодекс РСФСР;
Лесной кодекс РФ;
Водный кодекс РФ;
Федеральный закон «Об экологической экспертизе»;
Закон РФ «О недрах»;
Федеральный закон «О животном мире»;
Закон РСФСР «Об охране атмосферного воздуха»;
Федеральный закон «Об особо охраняемых природных территориях»;
Федеральный закон «О природных ресурсах, лечебно-оздоровительных
местностях и курортах»;
Федеральный закон «О государственном регулировании в области генноинженерной деятельности»;
Федеральный закон «О радиационной безопасности»;
Указ Президента РФ от 04 февраля 1994 г. «О государственной стратегии
РФ по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития»;
Указ Президента РФ «О концепции перехода РФ к устойчивому развитию»
от 01 апреля 1996 г.;
Постановление Правительства РФ от 24 ноября 1993 г. «О создании Единой государственной системы экологического мониторинга»;
Положение о лицензировании отдельных видов деятельности в области
гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды, утвержденные Постановлением Правительства РФ от 07 августа 1995 г.;
Положение о лицензировании отдельных видов деятельности в области
охраны окружающей среды, утвержденные Постановлением Правительства
РФ от 26 февраля 1996 г.;
95
Положение о порядке проведения государственной экологической экспертизы, утвержденные Постановлением Правительства РФ от 11 июня 1996
г.;
Федеральный Закон «О континентальном шельфе»;
Федеральный закон «О геодезии и картографии»;
и др.
В Государственной Думе находится на рассмотрении ряд важнейших законов, в том числе «О растительном мире», «О системе платежей за пользование природными ресурсами», «Об отходах производства и потребления»
и другие.
Все эти законы и постановления составляют систему экологического законодательства, регулируют экологические отношения в России и служат базовой основой государственной системы управления охраной природной
среды и природных ресурсов.
Приложение 5
Данные по гигиеническому нормированию
некоторых тяжелых металлов в воздухе
Элемент
Свинец
Вещество
Неорганические соединения
Сульфид
Свинцово-оловянные припои
Медь
Олово
Оксид
Сульфат
Сульфид
Хлорид
Медно-никелевая руда
Кадмий и его неорганические
соединения
Оксид
Хлорид
Ртуть
Цинк
Металлические соли
Оксид
Сульфат
ПДК рз , мг/м3
0.01
0.01
0.01
1.0
0.5
0.5
4.0
0.1
ПДК сс , мг/м3
0.03
0.0003
0.0017
0.002
0.001
0.001
0.001
-
0.1
0.05
0.01
0.2
0.5
5.0
0.01
0.05
0.0003
0.0003
-
96
ПДК рз , мг/м3 - максимальная разовая (в пределах 20-30 минут);
ПДК сс , мг/м3 - среднесуточная.
При этом, максимальная разовая величина ПДК не должна допускать неприятных рефлекторных реакций человека (насморк, ощущение запаха и
др.), а среднесуточная – токсичного, канцерогенного, мутагенного воздействия и т.п.
Приложение 6
Данные по ПДК некоторых веществ в водоемах
для общественного и бытового использования в странах СНГ, мг/л
Вещество
Аммиачная селитра
Аммиак
Анилин
Бенз(а)пирен
ДДТ
Сера
Ксантогенные соединения
Кадмий
Лингин
ПДК
2.0
0.39
0.1
0.000005
0.1
0.001
0.001
Вещество
Ионы нитратов
Ионы нитритов
Селитряный азот
Ртуть
Свинец
Ионы сульфатов
СПАВ (анионы)
ПДК
10
1.0
0.02
0.0005
0.03
500
0.5
0.001
1.6
0.001
0.05
Марганец
Медь
0.01
1.0
Фенолы
Хром (шестивалентный)
Цинк
C H
Циклогексан 6 12
Никель
0.1
0.01
0.012
Приложение 7
Рекомендации Всемирной организации
здравоохранения (ВОЗ) по ПДК
для некоторых металлов в питьевой воде
Металлы
Кадмий
Хром
Рекомендации ВОЗ
по безвредной для
человека концентрации веществ
в питьевой воде
0.005 мг/л
0.05 мг общего хрома/л
Допустимые поступления химических веществ в организм человека
Сведения о токсичности соединений
химических веществ для человека
и животных
-
97
Цианиды
Фтор
0.1 мг/л
4.7 мг/сут
1.5 мг/л
При концентрации в
воде выше 1.5 мг/л у
человека возникает
крапчатость зубов;
при 3-6 – флюороз
скелета; более 10
мг/л – инфекционный
флюороз
-
Свинец
Ориентировочно допустимо еженедельное потребление 3
мг/чел
0.05 мг/л
Ртуть
0.001 мг/л
Продолжительное
потребление 0.025 мг
метилртути вызывает
неврологические
нарушения у человека
Показано слабое токсичное действие на
животных при концентрации 5-1000
мг/л
Концентрация нитратов до 20 мг/л не вызывала никаких клинических эффектов у
грудных детей
-
Никель
-
Нитраты
Рекомендовано для
азота нитратов 10
мг/л
Селен
Серебро
-
0.01 мг/л
В рекомендации
нет необходимости
-
Натрий
>180 мкг/сут
-
При использовании
воды с концентрацией натрия 100 мг/л у
детей повышается
давление
Приложение 8
Классификация воды по качеству
III
IIIIV
IV
Недопустимо загрязненная
(применяется
после очистки)
II-III
Загрязненная
(пригодная для
промышленных
нужд)
Техническая
Чистая вода
Питьевая
Основные показатели
II
Умеренно загрязненная
для водопоя скота
Класс воды
I
I-II
98
Содержание O2 , мг/л
(20С, 101 кПА)
Перенасыщение кислородом
в трофогенной зоне, %
Поглощение O2 , мг/л (20С)
8.458.84
100103
7.58.45
103110
0-0.3
0.3-1.1
Метановое брожение, мг газа на 1 г сухого вещества в
сутки (30С)
0.002
Летняя глубина видимости,
м
Угнетение разложения органического вещества под влиянием содержащихся токсичных веществ, % угнетения
Аммонийные ионы ( NH 4 ),
мг/л
Нитрат-ионы (NO-3), мг/л
0.0020.005
6.27.5
110125
1.12.2
0.0050.008
4.46.2
125150
2.23.8
0.0080.015
2.2-4.4
0.92.2
150200
200
5
5-3
1-3
0.5-1
0.5
-
-
-
<10
10-30
3070
>70
<1
-
<3
-
<10
-
<10
<13
-
<30
-
<40
-
>40
3.8-7.0
0.010.015
<2.2
7.012
0.01
50.00
2
-
12
0.02
Приложение 9
Данные по качеству вод, используемых для питьевого
снабжения в различных странах
Хлориды, мг/л
Сульфаты, мг/л
Азот аммонийный, мг/л
Азот нитратный,
мг/л
Сухой осадок
растворенных
веществ, мг/л
Взвешенные
вещества, мг/л
Растворенный
кислород, мг/л
Насыщенный
кислород, %
БПК 5, мг O2 /л
РФ
ФРГ
А1
А2
350 200
500 150
250
250
Следы
10
350 250 50
400 150 80
200
150
200
250
200
250
200
250
1
1
0.5
1
-
-
-
10
1.5
5.0
1.5
50
50
100
-
-
500 300
500
-
-
-
-
1
10.0
13
100 500
0
Польша
Веществазагрязнители
Рекомендации
ВОЗ
Норма
Чехия и
Словакия
Рекомендации ВОЗ
А1
А2
А1
А2
А3
-
20
-
-
20
20
20
25
-
-
4
6
8
7
6
7
6
7
5
3
-
75
80
75
-
75
75
-
-
-
3.0
5
2
4
4
2
5
3
5
7
99
рH
Перманганатная
окисляемость,
мг O2/л
Фенолы, мг/л
Цианиды, мг/л
Мышьяк, мг/л
Ртуть, мг/л
Хром, мг/л
6.5-8.5
6.5-8.5
6.5-7.5
6.0-8.0
6.5-8.5
6.5-8.5
6.5-8.5
6.5-8.5
5.5-9.0
5.5-9.0
-
10
3
5
10
5
10
-
-
-
-
0.002
0.001
0.005
0.005
-
0.002
0.001
0.005
0.1
0.01
0.05
0.05
0.1
0.01
0.05
0.005
0.05
0.01
-
0.01
0.001
0.05
0.005
0.001
0.03
0.05
-
0.01
-
0.005
0.01
-
0.005 0.005
0.05 0.01
-
Приложение 10
Санитарные нормы допустимых концентраций для
некоторых химических веществ в почве
Вещество
Подвижные формы
Кобальт
Фтор
Хром
Водорастворимая форма
Фтор
Валовое содержание
Бенз(а)пирен
Ксилолы (орто-, мета-, пара-)
Мышьяк
Отходы флотации угля
Ртуть
Свинец
Свинец+Ртуть
Сернистые соединения (S):
Элементарная сера
Сероводород
Серная кислота
Стирол
Формальдегид
Хлорид калия
Хром
Ацетальдегид
Изопропилен+альфаметилстирол
Суперфосфат (P2O5)
ПДК, мг/кг, почвы с учетом Лимитирующий показафона (кларка)
тель
5.0
2.8
6.0
Общесанитарный
Транслокационный
Общесанитарный
10.0
Транслокационный
0.02
0.3
2.0
3000.0
2.1
32.0
20.0+1.0
Общесанитарный
Транслокационный
Транслокационный
Водный и общесанитарный
Транслокационный
Общесанитарный
Транслокационный
160.0
0.4
160.0
0.1
7.0
560.0
0.05
10.0
0.5
Общесанитарный
Воздушный
Общесанитарный
Воздушный
Воздушный
Водный
Общесанитарный
Миграционно-воздушный
Миграционно-воздушный
200
Переход в растения
100
18. Список литературы
1. Агаджанян Н.А., Гичев Ю.П., Торшин В.И. Экология человека:
Избранные лекции. М. – Новосибирск, 1997.
2. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. ПриродаЧеловек-Техника. – М.: ЮНИТИ-ДАНА. 2001. 343с.
3. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития. Учебное пособие. – М.: Изд-во Рос. Эконом. академии, 1994. 312с.
4. Алексеев С.В., Пивоваров Ю.П. Экология человека. М.: ГОУ
ВУНМЦ МЗ РФ, 2001. 639с.
5. Алексеев С.С. Государство и право: Учебник – М.: Юрид. лит.
1994.
6. Алексеенко В.А., Алексеенко Л.П. Биосфера и жизнедеятельность: Учебное пособие. М.: Логос, 2002. 212с.
7. Алпатьев А.М. Развитие, преобразование и охрана природной
среды. – Л.: Наука, 1983. 240с.
8. Арский Ю.М., Данилов-Данильян В.И., Залиханов М.Ч., Кондратьев К.Я., Котляков В.М., Лосев К.С. Экологические проблемы:
что происходит, кто виноват и что делать? Учебное пособие. /
Под ред. В.И. Данилова-Данильяна. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1997.
322с.
9. Байдаков Л.А., Блинов Л.Н., Курников Б.Д., Чувиляев Р.Г. Курс
лекций по общей и экологической химии – СПб.: СПбГУ, 1993,
246с.
10.Баландин Р.К., Бондарев Л.Г. Природа и цивилизация. – М.:
Мысль, 1988. 391с.
11.Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов. С.В.Белов,
А.В.Ильницкая, А.Ф.Козьяков и др.; под ред. С.В.Белова. - М.:
Высшая школа, 1999. 448с.
101
12.Безопасность России. Правовые, социально-экономические и
научно-технические аспекты. Безопасность и устойчивое развитие крупных городов. М.: МГФ «Знание», 1998. 496с.
13.Безопасность России. Правовые, социально-экономические и
научно-технические аспекты. Словарь терминов и определений.
М.: МГФ «Знание», 1999. 368с.
14.Безопасность России. Правовые, социально-экономические и
научно-технические аспекты. Экологическая диагностика. М.:
Машиностроение, 2000. 496с.
15.Бертокс П., Радд Д. Стратегия защиты окружающей среды от загрязнений. – М.: Мир, 1980. 606с.
16.Блинов Л.Н. Химико-экологический словарь-справочник. – СПб.:
«Лань», 2002. 272с.
17.Блинов Л.Н. Химические основы экологии и экологических проблем. – СПб.: СПбГТУ, 2001, 101с.
18.Блинов Л.Н. Экологические основы природопользования / Л.Н.
Блинов, И.Л. Перфилова, Л.В. Юмашева. М.: Дрофа. 2004. 96с.
19.Блинов Л.Н., Вахрушева Г.В., Федоров М.П. Нет вредным привычкам. Вопросы и ответы. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. 48с.
20.Блинов Л.Н., Вахрушева Г.В., Чемаков Н.А. Нет наркотикам. Вопросы и ответы: факты, аргументы, мифы и реальность. СПб.:
Изд-во СПбГПУ, 2003. 76с.
21.Блинов Л.Н., Колесник И.Г., Медрес Е.П.. Основы экологического права. Нормативно-правовая база. СПб., 2002. 120с.
22.Бобылев С.Н. Экологизация экономического развития. М., 1994.
23.Богдановский Г.А. Химическая экология. М., 1994. 237с.
24.Боголюбов С.А., Жариков Ю.Г. Правовая основа экологической
деятельности в городе. – М., 1995.
25.Большаков В.Н., Островская А.В., Тягунов Г.В. и др. Экология.
М.: Интернет – инфиниринг, 2002. 330с.
102
26.Брехман И.И. Человек и биологически активные вещества. М.:
Наука, 1976. 111с.
27.Буке И.И., Фомин С.А. Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС). М.: МНЕПУ, 1997. 96с.
28.Булдаков А.С. Пищевые добавки. Справочник. СПб.: «Ut», 1996.
240с.
29.Валова В.Д. Основы экологии: Учебное пособие. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Издательский Дом «Дашков и Кº», 2001. 212с.
30.Велев П. Города будущего. М.: Стройиздат, 1985. 160с.
31.Вернадский В.И. Биосфера. – М.: Мысль, 1967. 374с.
32.Владимиров А.М. Охрана окружающей среды. Л., 1991. 423с.
33.Владимиров В.В. Расселение и экология. М.: Стройиздат, 1996.
392с.
34.Гиренок Ф.И. Экология цивилизация, ноосфера. М., 1987.
35.Глухов В.В. Региональная экологическая ситуация. – СПб., 2000.
51с.
36.Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивой
жизни. М., 1995. 470с.
37.Губина М.В. Основы градостроительного менеджмента и мониторинга: Учебное пособие. – К.: ВИРА-Р, 2002. 248с.
38.Давыдова А.С., Тачасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века: Учебное пособие. М.: Изд-во РУДН, 2002. 140с.
39.Данилов-Данильян В.И., Горшков В.Г., Арский Ю.М., Лосев К.С.
Окружающая среда между прошлым и будущим: Мир и Россия. –
М.: ВИНИТИ, 1994. 133с.
40.Денисов В.Н., Рогалев В.А. Проблемы экологизации автомобильного транспорта. СПб.: МАНЭБ, 2003. 213с.
41.Денисов С.Г., Дубровин Л.Д., Зубарев А.Ф., Щебланов В.Ю.
Внимание! Электромагнитная опасность и защита человека. 3
изд. М.: Изд-во МГУ, 2003. 112с.
103
42.Джуди А. Браус, Дэвид Вуд. Инвайроментальное образование в
школах. СПб.: ИЦ СПбГМТУ, 1994. 500с.
43.Дольник В.Р. Непослушное дитя биосферы: Беседы о человеке в
компании птиц и зверей. М.: Педагогика – Пресс, 1994. 208с.
44.Дульнев Г.Н. Введение в синергетику. СПб.: «Проспект», 1998.
256с.
45.Енгелфрид Ю., Малхолл Д., Плетнева Т.В. Как защитить себя от
опасных веществ в быту / Под ред. М. Браунгарта и Л.А. Алексеевой. М.: Изд-во МГУ, 1994. 96с.
46.Исидоров В.А. Экологическая химия: Учебное пособие для вузов. СПб.: Химиздат, 2001. 304с.
47.Карагодина И.О. Борьба с шумом и вибрацией в городах. М.:
Медицина, 1979. 160с.
48.Ковальчук А.В., Смирнов Н.М., Харченко А.П., Чайкин А.П.
Безопасность и экология автомобиля: Учебное пособие. СПб.:
Изд-во СПбГТУ, 1999. 70с.
49.Козлов Ю.С., Меньшова В.П., Святкин И.А. Экологическая безопасность автомобильного транспорта: Учебное пособие. М.:
«Агар», 2000. 176с.
50.Кондратьев К.Я., Донченко В.К., Лосев К.С., Фролов А.К. Экология – экономика – политика. СПб.: Центр – РАН, 1996. 827с.
51.Контюг В.А., Матросов В.М., Левашов В.К., Деменко Ю.Г.
Устойчивое развитие цивилизации и место в ней России. М.: Новосибирск, 1996. 75с.
52.Концепция экологического образования в техническом университете / Под ред. М.П. Федорова. СПб.: Изд. СПбГТУ, 1998. 46с.
53.Краснощеков Г.П., Розенберг Г.С. Экология «в законе» (теоретические конструкции современной экологии в цитатах и афоризмах). Тольятти: ИЭВБ РАН, 2002. 248с.
104
54.Кротов Ю.А., Карелин А.О., Лойт А.О. Предельно допустимые
концентрации химических веществ в окружающей среде (по редакций Ю.А. Кротова): Справочник. – СПб.: Мир и семья, 2000.
360с.
55.Кузнецов О.Л., Кузнецов П.Г., Большаков Б.Е. Устойчивое развитие: синтез естественных и гуманитарных наук. РАЕН, Дубна,
2001. 282с.
56.Лапин В.Л. Мартинсен А.Г., Попов В.М. Основы экологических
знаний инженера: Учебное пособие. М.: Экология. 1996. 176с.
57.Лапин В.Л., Мартинсен А.Г., Попов В.М. Основы экологических
знаний инженера. М.: Экология, 1996. 176с.
58.Левин А.С. Глобальные проблемы современного мира: Курс лекций. Силламяэ, 1997. 121с.
59.Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую
химию. Учебное пособие. М.: Высш. шк. 1989. 256с.
60.Лозановская И.Н. и др. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 1998. 287с.
61.Лосев К.С., Горшков В.Г. Кондратьев К.Я., Котляков В.М. Залиханов М.Ч., Данилов-Данильян В.И., Гаврилов И.Т., Голубев
Г.Н., Ревякин В.С., Гаркович В.Ф. Проблемы экологии России.
М.: Федеральный экологический фонд, 1993. 348с.
62.Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии. М.:
Высшая школа, 1999. 447с.
63.Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Экологоаналитический мониторинг супертоксикантов. М.: Химия, 1996.
319с.
64.Маргалеф Р. Облик биосферы. М.: Наука, 1992. 214с.
65.Маслов Н.В. Градостроительная экология / Под ред. М.С. Шумилова. М.: Высш. шк., 2003. 284с.
105
66.Международные стандарты ИСО 14000. Основы экологического
менеджмента. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. 464с.
67.Мельников Е.К., Мусийчук Ю.И. Потифоров А.И., Рудник В.А.,
Рымарев В.И. Геопатогенные зоны – миф или реальность? СПб.,
1993. 48с.
68.Миллер Т. Жизнь в окружающей среде, тт. 1-3. М.: Галактика,
1993-1996.
69.Моисеев Н.Н. Агония России. Есть ли у нее будущее? – М.: Экопресс – «3М», 1996. 78с.
70.Моисеев Н.Н. С мыслями о будущем России. – М., 1997. 210с.
71.Моисеев Н.Н. Универсум. Информация. Общество. – М.: Устойчивый мир, 2001. 200с.
72.Моисеев Н.Н. Экология человечества глазами математика: (человек, природа и будущее цивилизации). М.: Мол. гвардия, 1988.
254с.
73.Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир. В 2-х т.,
М.: Мир. 1993.
74.Нельсон А. – Смит. Нефть и экология моря. М.: Изд-во «Прогресс». 1977. 302с.
75.Николаев А.В. Основы экологического права и проблемы экологии: Учебное пособие. – СПб.: Знание, ИВЭСЭП, 2001. 74с.
76.Новиков В.Н. Экология, урбанизация, жизнь. М.: Изд-во МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2002. 328с.
77.Одум Ю. Экология: в 2-х т. М.: Мир, 1986.
78.Пивоваров Ю.П., Королик В.В., Зиневич Л.С. Гигиена и основы
экологии человека. Серия «Учебники и учебные пособия». Ростов Н/Д: «Феникс», 2002. 512с.
79.Пригожин И., Стейнгерс И. Время, хаос, квант. М.: Прогресс,
1994.
106
80.Проблемы качества городской среды. Сб. научных трудов. М.:
Наука, 1989. 192с.
81.Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России /Под ред. В.Ф.Протасова. М.: Финансы и
статистика, 1995. 528с.
82.Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: в 4-х кн./пер. с
англ. – М.:Мир, 1994.
83.Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и
гипотезы). – М.:Изд-во журнала «Россия молодая», 1994, 367с.
84.Розенберг Г.С., Краснощеков Г.П., Саксонов С.В. Календарь эколога. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. 174с.
85.Розенберг Г.С., Рянский Ф.Н., Шустов М.В. Краткий курс современной экологии: Учебное пособие. Ульяновск: УлГТУ, 2002.
228с.
86.Сапрыкин Ф.Я. Экологическое состояние Санкт-Петербурга –
города-музея европейской архитектуры. Преобразование города
в зону туризма и отдыха. СПб.: Недра, 1999. 84с.
87.Симонова Т.П. Основы радиоэкологии: Учебное пособие. Пермь:
Изд-во Перм. ун-та, 2001. 155с.
88.Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика:
Справ. издание. М.: Высш. шк., 1991. 288с.
89.Сорокин Н.Д. Вопросы экологического аудита. СПб.: «Экополис
и культура», 2000. 352с.
90.Спицнадель В.Н. Системы качества (в соответствие с международными стандартами ISO семейства 9000): - СПб.: Издательский
дом «Бизнес-пресса», 2000. 336с.
91.Тил Бастиан. Кризис окружающей среды. СПб.: Изд-во «ПРОПО», 1995. 60с.
92.Урсул А.Д. Путь в ноосферу. М., 1996.
107
93.Устойчивое развитие и Местная повестка дня на XXI век. Избранные документы и материалы / С.Г. Инге-Вегтомов, Т.М.
Флоринская, В.В. Худолей, Г.Л. Егорова. СПб., 2000. 252с.
94.Федоров А.Г. Медико-этологические проблемы в изучении урбанизации. СПб., 1993. 111с.
95.Федоров М.П., Романов М.Ф. Математические основы экологии
/ Под ред. В.И. Зубова. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 156с.
96.Франсуа Рамад. Основы прикладной экологии. Л., 1981. 543с.
97. Хёсле В. Философия и экология. – М.: Наука, 1993. 205с.
98.Химическая безопасность перевозки опасных грузов: Учебное
пособие / А.В. Тарасов, С.Г. Герке, Л.Г. Лукина, Л.В. Машков.
СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2000. 301с.
99.Химия окружающей среды. Пер. с англ. / Под ред. А.П. Цыганкова. М.: Химия, 1982. 672с.
100. Худолей В.В. Канцерогены: характеристика, закономерности,
механизмы действия. СПб.: НИИ Химии СПбГУ, 1999. 419с.
101. Худолей В.В., Мизгирев И.В. Экологически опасные факторы.
– СПб, 1996. 186с.
102. Чепурных Н.В., Новоселов А.Л. Экономика и экология: развитие, катастрофы. – М.:Наука, 1996. 271с.
103. Чмыр А.Ф., Шлапак, Бектобеков Г.В. Защита природной среды.
Киев, 1994. 239 с.
104. Шемшученко Ю.С. Правовые проблемы экологии. – Киев: Наукова думка, 1989.
105. Экоинформатика: Теория, практика, методы и системы / Под
ред. академика РАН В.Е. Соколова. СПб.: Гидрометеоиздат,
1992. 520с.
106. Экологические аспекты гидроэнергетики / Ю.С. Васильев, Н.И.
Хрисанов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1991. 342с.
108
107. Экологические проблемы и пути их решения в ХХI веке: образование, наука, техника: Тр. междунар. научно-техн. конф. Отв.
за выпуск Л.Н. Блинов. СПб.: СПбГТУ, 2000. 159с.
108. Экология / Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев и др.; Под ред. Л.И.
Цветковой. – М.: Изд-во АСВ, СПб.: Химиздат, 2001. 552с.
109. Экология для гидротехников: Учебн. Пособие/ М.П. Федоров,
М.Б. Шилин, Н.Н. Ролле; Санкт-Петербург, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, гос. техн. ун-т. СПб., 1992. 90с.
110. Экология, охрана природы и экологическая безопасность / Под
ред. В.И.Данилова-Данильяна. – М.:Изд-во МНЭПУ, 1997. 744с.
111. Юмашева Л.В., Перфилова И.Л., Блинов Л.Н. Основы экологии. Учебное пособие. – СПб.: СПбГТУ, 2001. 78с.
112. Ягодин Г.А., Раков Э.Г., Третьякова Л.Г. Химия и химическая
технология в решении глобальных проблем. – М.:1988. 175с.
113. Ягодин Г.А., Третьякова Л.Г. Химическая технология и охрана
окружающей среды. – М.:1984. 64с.
114. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды: Пер. с пол. М.: Транспорт, 1979, 198с.
115. Яншин А.Л., Мелуа А.И. Уроки экологических просчетов. М.,
1991.
116. Environmental Science / Editor Lars Ryden. Baltic University Press,
Uppsala, 2003. 825p.
109
Примечание: в работе над конспектом принимали участие студенты
ФТК СПбГПУ Малюкова Т.А., Матвеева Е.В., Климов В.В., за что авторы
приносят им искреннюю благодарность.
110