Предисловие

"... что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа. Ее надо беречь, как мы бережем самую жизнь человека. Потомки никогда не простят нам опустошения Земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им.1'

(П.И.Чайковский)

Значительные отрицательные изменения в окружающей природной среде породили многие вопросы выживания человека, поставили задачу формирования экологического мировоззрения у молодого поколения.

В связи с этим, экологическому образованию и воспитанию в России в последнее время уделяется все большее внимание, поскольку остановить грядущую лавину экологического кризиса сможет только человечество новой эпохи, с новым мировоззрением и осмыслением своего места в биосфере.

"...Проблема в итоге сводится к человеческим качествам и путям их усовер­шенствования. Ибо лишь через развитие человеческих качеств и человеческих спо­собностей можно добиться изменения всей ориентации на материальные ценности цивилизации и использовать ее огромный потенциал для благих целей. И если мы хотим сейчас обуздать техническую революцию и направить человечество к дос­тойному его будущему, то нам необходимо прежде всего подумать об изменении самого человека, о революции в самом человеке".

Для того чтобы разрушить прежний, технократический подход к использованию природных ресурсов, необходимо воспитывать новое, бережное отношение к природе, любовь к собственному дому ("экология" — от греческого "ойкос" — дом, жилище). Экологию нужно рассматривать во-первых, как науку о природе, и только во-вторых, как науку о рациональном использовании природы.

Данный курс лекций "Основы экологии и рационального природопользова­ния" отличается от существующих учебных пособий по промышленной экологии тем, что проблемы экологии и охраны природы рассматриваются с совершенно иных позиций, нежели потребительские подходы, которые были прочны еще до недавнего времени в учебной литературе для средних специальных учебных заведений

.Осознанное отношение к природным процессам, четкое знание экологиче­ских законов - законов функционирования экосистем, эволюции биосферы и мес­те человека в биосфере - являются фундаментом в подготовке специалистов раз­ного уровня и профессионального профиля. Студенты должны усвоить, что в при­роде все целесообразно и взаимосвязано, любое вмешательство человека в природ­ные процессы имеет свои пределы.

Курс лекций состоит из двух разделов. В первом — "Основы экологии" - из­лагаются основные законы и понятия экологии, без знания которых невозможно создавать экологически чистые производственные линии и технологии, осуществ­лять наблюдения и делать прогнозы состояния окружающей среды. Рассматрива­ются законы соответствия между организмами и средой обитания. Уделяется вни­мание таким основным понятиям экологии, как популяции и их характеристики, понятиям экосистемы, экологические ниши, взаимодействия организмов в экоси­стемах. Рассматриваются условия устойчивости и структуры сообществ, многообра­зие жизненных ритмов, понятие адаптации и др. Параллельно приводятся примеры вредного влияния хозяйственной деятельности человека, загрязнения окружающей среды.

Во втором разделе курса - "Рациональное природопользование" - рассмат­риваются проблемы и перспективы рационального природопользования, понятия о возобновимых и невозобновимых ресурсах, изложены принципы рационального природопользования, некоторые вопросы охраны отдельных видов ресурсов и при­родоохранного законодательства.

Данный курс лекций рассчитан на 40 часов учебного времени с учетом того, что часть лекций может быть резервной, а часть может быть заменена. Предполага­ется, что курс дает знание фундаментальных основ экологии, а остальное учебное время, предусмотренное программой (70 и более часов) будет использоваться каж­дым учебным заведением в соответствии с профессиональной направленностью или региональными экологическими проблемами.

Раздел 1. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

ЛЕКЦИЯ 1

Вводная

Предмет, задачи и проблемы экологии

(2 часа)

 

История взаимодействия человека и природы; - некоторые экологиче­ские проблемы современности; — законы Барри Коммонера; —• предмет и раз­делы экологии; методы экологических исследований.

Экология — одна из наук о природе. Человек и природа неотделимы друг от друга и тесно взаимосвязаны. Для человека, как и для общества в целом, природа является средой жизни и единственным источником необходимых для существова­ния ресурсов — той базы, на которой живет и развивается человеческое общество.

Человек как часть природы и биологический вид в процессе жизнедеятель­ности долгое время влиял на природу не больше, чем остальные живые организмы. Но с появлением труда человек вышел из-под биологического контроля природной среды и начал активно на нее воздействовать.

Историю взаимодействия человека и природы можно проследить с древних времен и до наших дней, используя исторические летописи, записи рассказов оче­видцев, произведения художников.

В древние времена природа была полновластным хозяином человека, и он всецело зависел от нее. Стихийные природные явления — наводнения, извержения вулканов, землетрясения приводили к гибели людей, разрушению или полному исчезновению поселений, городов, разрушали поля и пастбища; например, легенда об исчезнувшей Атлантиде, которая могла занимать целый остров или даже часть континента; о гибели Помпеи и Геркуланума под слоем пепла и грязи при извер­жении Везувия.

В историческом прошлом с вулканическими извержениями связаны боль­шие бедствия, но по масштабам они меньше, чем число жертв от землетрясений. Самые древнейшие сведения о землетрясениях мы находим в летописях Китая.

Также изменялся климат, и человек не мог противостоять этим природным явлениям. Так, наскальные рисунки говорят о том, что Сахара не была пустыней - это были саванны или редколесье, что подтверждают радиолокационные космиче­ские снимки: сквозь пески "просвечивают" долины рек.

В некоторых районах Земли происходило не увеличение засушливости, а наоборот, похолодание и наступление ледников. Так, на месте ледников Гренландии существовала жизнь, были поселения — отсюда и название — "зеленая земля".

Также происходили катастрофы при разливах рек и изменении их русла, ко­лебания уровней морей и океанов.

Но не только природа, стихийные бедствия, но и сам человек мог создать губительную для него природную обстановку.

Известны исторические предания о том, как для осады городов нападающие армии могли изменять русла рек, роя перпендикулярные каналы. При этом гибло все живое в старом русле и на побережье.

Предки современных греков, разводя коз, и не предполагали, что в даль­нейшем именно козами будет уничтожена древесная растительность не только в Греции, но и во многих странах Южной Европы. В настоящее время происходит опустынивание стран средиземноморского побережья, и в этом процессе, несо­мненно, сыграла свою роль и деятельность человека.

Интенсивное поливное земледелие без учета природы местности, приводит к истощению и засолению почвы, гибели оазисов (например, Аральское море и районы Приамурья - сейчас оазис превращен в пустыню).

Пастбища вытаптывались от неумеренного выпаса скота. Вырубка кустар­ников и деревьев на дрова оголяла пески. Такие события происходили, например, вдоль знаменитого "шелкового пути" в Китае, где располагались цветущие города, земледельческие  оазисы. Но постепенно вода из оголенных человеком песков ухо­дила вглубь, каналы переставали приносить живительную влагу, пески приходили в движение, засыпая поля, каналы, поселения.

Таким образом, на примерах мы проследили, какие изменения в природу вносила хозяйственная деятельность человека.

Развитие скотоводства сопровождалось изменением растительности и вы­теснением диких травоядных животных с их коренных мест обитания. Еще боль­шие изменения в природе произошли с развитием земледелия. Распашка степей, вырубка и выжигание под пашни лесов, сооружение ирригационных систем привели к изменению природных ландшафтов, сокращению водоносности рек, развитию эрозии почв, отразилось на видовом разнообразии животного мира.

С развитием промышленности началась интенсивная эксплуатация иско­паемых недр, водных ресурсов. Чрезмерная эксплуатация природы привела к Истощению природных ресурсов и породила проблему загрязнения окружающей среды.

К чему же приводит наступление человека на природу?

1. Происходит загрязнение акваторий - это проблема века. В нашей стране этому подвержены озера — Байкал и Ладога.

2.  Могла произойти непоправимая катастрофа, если бы осуществился "знаменитый" проект переброски части стока северных рек из бассейна Оби на юг. Произошло бы подтопление земель в каналах и засоление их в пустынях, затопление обширных участков пойм Оби, Иртыша и других рек, проникновение по водным путям из Сибири в Среднюю Азию рыб, зараженных опасными болезнями и т.д.

3. Часто скрываются истинные масштабы катастрофы и истинный уровень радиации в зонах аварий на АЭС и заводах по производству ядерного топлива. Например, только в конце 80-х годов выяснилось, что более чем в 100-городах нашей страны воздух загрязнен выше допустимых норм. Недостаточна информация об экологическом состоянии части Финского залива. На дне залива сейчас создается настоящая "биологическая бомба". Ее "взрыв" может привести к вспышке массовых инфекционных заболеваний у жителей Ленинградской области.

4.Губит природу выпадение радиоактивных осадков, загрязнение почв и вод нефтью и нефтепродуктами.

5.Огромный вред приносят природе войны, особенно с применением химического оружия. Примером является война во Вьетнаме, где с самолетов на джунгли сбрасывались гербициды, дефолианты, и земля становилась голой. Такая тактика "выжженной земли" привела не только к поражению растений — затихли в джунглях голоса птиц и животных.

Таким образом, взаимоотношения человека с природой из гармоничных и естественных стали превращаться в конфликтные.

Но человек - "хищник" должен сказать себе "Стоп !", остановить движу­щуюся лавину потребительского отношения к природе, иначе человечество само себя уничтожит .

В 70-х годах американский эколог Барри Коммонер сформулировал четыре положения, на которых должны строиться взаимоотношения человека с природой. Эти положения стали называть "законами", хотя скорее это "экологические пого­ворки".

Вот эти "законы" Барри Коммонера.

1.Все связано со всем - об экосистемах и биосфере.

2.Все надо куда-то девать — о хозяйственной деятельности человека, отходы от которой неизбежны, и поэтому нужно думать об их уменьшении и способах захоронения.

3.За все надо платить - о рациональном природопользовании, т.е. за комфортабельную жизнь в городах нужно платить загрязнением атмосферы, за получение высоких урожаев - удобрениями, за ухудшение здоровья населения - санаториями и лекарствами и т.д.

4.Природа знает лучше - самый важный закон природопользования; природу нельзя покорять, можно только сотрудничать с ней, исправляя последствия хозяйственной деятельности и способствуя сохранению природного равновесия.

Поскольку человек не может отказаться от всего того, что называется "цивилизацией" и вернуться к первобытному образу жизни, он должен научиться жить в гармонии с природой при достигнутом уровне технического прогресса.

Это можно сделать только изучая законы, по которым все в природе взаи­мосвязано. Необходимо установить, какие вмешательства человека в природу яв­ляются допустимыми, а какие разрушительными. Изучением таких законов и  занимается наука "Экология".

Экология, являясь наукой о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания, изучает системы, которые выше уровня одного организма, т.е. надорганизменные системы и основывается на разных отраслях биологии (физиологии, генетике, биофизике), а также небиологических наук ( географии, геологии, химии, физики) и др.

Экологию можно разделить на общую, частную и глобальную. Общая экологии исследует главные принципы организации и функций   надорганизменных систем.

Частная экология изучает определенные таксономические группы (экология растений, животных , микроорганизмов и т.д.)

Глобальная экология изучает биосферу в целом, весь земной шар. Ее перво­очередная задача - прогнозирование изменений биосферы в будущем, выяснение закономерностей эволюции биосферы.

В настоящее время появилось множество отраслей общей экологии: про­мышленная, медицинская, химическая, сельскохозяйственная, лесная, экология морей, городская, математическая, юридическая и др.

Методы экологии. Сейчас для экологических исследований применяют раз­личные методы:

1)полевые наблюдения (сбор гербариев, описание почвенных разрезов, сбор и учет насекомых, установка ловушек для животных);

2)фенологические наблюдения (за сезонными изменениями в живой природе);

3)метеорологические наблюдения;

4)изучение микроорганизмов в воде, воздухе, почвах; взятие санитарно-
гигиенических проб;

5)научные лабораторные методы химического и физического анализа состава атмосферы, почв, водоемов;

6)математические методы обработки материалов и математическое моделирование процессов, происходящих в биогеоценозах и биосфере;

7)картографические методы (составление карт различных ландшафтных зон
и карт-прогнозов).

В экологических исследованиях применяются и многие другие методы.

В заключение можно сказать, что с 80-х годов в мире сложилась предкри­зисная экологическая обстановка и человечество это осознало. Экологические про­счеты отразились на здоровье людей. Кризисные ситуации в окружающей среде все в большей степени влияют на современную политическую ситуацию, приводят к международным конфликтам, так как с одной стороны происходит рост народона­селения, а с другой - истощение природных ресурсов. Однако человечество спо­собно найти выход из сложившегося положения и навести порядок в «собственном доме», если будет действовать в соответствии с законами природы и позволит ей поддерживать стабильность и равновесие в биосфере.

ЛЕКЦИЯ 2

Организмы и среды обитания

(2 часа)

Экологические понятия "среда обитания", "факторы среды"; ~ закономерно­сти действия факторов среды на живые организмы; — основные положения теории Ч.Дарвина, объясняющие пути приспособления организмов к окружающей среде.

Организмы, живущие на Земле, очень разнообразны и образуют целые цар­ства: растения, животные, грибы, бактерии и простейшие.

Среди растений можно встретить микроскопические водоросли, жизнь кото­рых очень коротка; мелкие однолетние либо более крупные цветковые растения, а также гигантские секвойи, живущие многие годы.

В толще воды, наряду с водорослями, встречаются мельчайшие рачки, меду­зы, разнообразные рыбы, акулы, киты, у дна - морские звезды, двустворчатые моллюски и прочие обитатели водных глубин.

На суше обитают жуки, ящерицы, лягушки, олени, буйволы, волки, а также разнообразные грибы, бактерии и простейшие. В воздухе - стаи птиц, насекомых - стрекоз, бабочек. Это лишь неполный перечень разнообразных представителей животного и растительного мира. Все эти организмы живут в разных условиях, за­нимают строго определенное жизненное пространство. Каждый из них для своего нормального развития и размножения требует определенных условий окружающей среды. Что же такое — окружающая среда, что входит в понятие "среда обитания"? Среда обитания — это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.

Среда - это и физические свойства пространства, окружающего растение, животное или человека, т.е. температура, освещенность, давление, уровень радиа­ции, подвижность частиц. Это и химический состав веществ, это - и живые орга­низмы своего и чужих видов, с которыми данный организм вступает в непосредст­венный контакт.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды оби­тания, сильно различающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. Постепенно живые организмы овладели назем но-воздушной средой, создали и населили почву; специфической средой жизни стали сами живые организмы {явление паразитизма).

Разные организмы, даже совместно обитающие, используют различную пи­щу, выделяют в среду специфические продукты распада, имеют свои особенности газообмена, водообмена, солеобмена, строят свои жилища из разного материала. Это значит, что каждое животное или растение по-своему использует окружающие его вещества, по-разному взаимодействует с другими организмами, живущими в этой же местности, на этой территории, в этом водоеме.

Один и тот же элемент среды для двух рядом живущих организмов может иметь совершенно разное значение. Например, ветер для растущих рядом ветро-опыляемого и опыляемого насекомыми растения. Или, другой пример - влажность воздуха - показатель, который имеет совершенно разную значимость для земно­водных и млекопитающих, обитающих в одной и той же местности (лягушка и еж). Другими словами, в среде обитания любого организма всегда есть элементы, от которых зависит возможность существования организма, т.е. с одной стороны, очень важные, а с другой - компоненты среды, для данного организма безразличные.

Поэтому кроме понятия "среды" в экологии сложились понятия о факторах среды и условиях существования организмов.

Элементы среды, оказывающие влияние (положительное или отрицательное) на существование и географическое распространение живых существ определяют как экологические факторы.

Условно все факторы среды делят на три группы: абиотические, биотиче­ские, антропогенные.

Абиотические факторы - температура, свет, радиоактивное излучение, давле­ние и влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности — все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые орга­низмы.

Биотические факторы - формы воздействия живых существ друг на друга. Это могут быть межвидовые отношения (хищник - жертва); нейтральные, допус­кающие мирное сосуществование; отношения паразит-хозяин; отношения между растениями и растительноядными животными (произвожу - потребляю), а также внутривидовые отношения (иерархия). Взаимные связи организмов - основа суще­ствования биоценозов и популяций.

Антропогенные факторы - это формы деятельности человеческого общества, приводящие к изменению природы как среды обитания других видов. В ходе исто­рии человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промыш­ленности, транспорта изменило природу нашей планеты. И значение антропоген­ных воздействий на живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протя­жении длительного периода времени. Такими факторами являются сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана, свойства атмосферы. Большинство же экологических факторов - температура, влажность, осадки, ветер, наличие укры­тий и пищи, хищники, паразиты, конкуренты - очень изменчиво в пространстве и времени. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана и в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для свободноживущих хищников её запасы все время меняются.

Однако в характере воздействия разнообразных экологических факторов на организмы и в их ответных реакциях можно выделить определенные закономерности.

Первая закономерность - закон оптимума. Каждый фактор имеет определен­ные пределы положительного влияния на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Границы благоприятного воздействия какого-либо фактора на организм называется зоной оптимума или просто оптимумом для данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума в ту или иную сторону, тем больше выражено угнетающее воздействие фактора на организм (рис. 1).

Максимально и минимально переносимые значения фактора -* это критиче­ские точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть.

У каждого вида организмов - свои оптимальные значения действия среды и свои пределы выносливости. Более того, даже внутри вида общая кривая выносли­вости (кривая оптимума) может незначительно сужаться или расширяться для каж­дой отдельно взятой особи.

Так, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха около 80°С (от + 30 до - 50°С), а тепловодные рачки (СорШа mirabilis) не выдерживают даже незначительных колебаний температуры. Их температурный оптимум лежит внутри диапазона от + 23 до + 29°С, что составляет 6°С. Аналогичный пример можно привести относительно другого фактора — солености водоема. Если сравни­вать два вида рыб (форель и окунь), то они имеют совершенно разный размах оп­тимальных значений солености. Форель не выносит даже незначительного ее уве­личения, а окунь в этих же условиях чувствует себя прекрасно.

Вторая закономерность - неоднозначность действия фактора на разные функ­ции организма. Один и тот же фактор оказывает различное влияние на функции организма. Так температура воздуха от + 40 до + 50°С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов, но тормозит двигательную ак­тивность, и животные впадают в тепловое оцепенение, т.е., несмотря на активные обменные процессы, состояние комфорта при повышении температуры окружаю­щей среды не достигнуто.

Яркий пример положительного и отрицательного действия одного и того же фактора на организм — разные температурные требования многих рыб во время созревания икры и молоки (для этих двух процессов нужна разная температура).

Еще пример — изменение температурных требований многих животных, птиц в соответствии с сезонными изменениями температуры. Бурый медведь спит при одной температуре, а для активных действий, поиска пищи, размножения -нужна другая температура.

Третья закономерность - взаимодействие факторов на организм. Факторы ок­ружающей среды действуют не каждый в отдельности, а взаимно (табл. 1). Напри­мер, жара переносится легче, если воздух не влажный, а сухой. Сильный мороз без ветра человеком или животным переносится легче, в ветреную же погоду при сильном морозе очень велика вероятность обморожения.

Таблица 1

 

Температура

Влажность

%

Движение воздуха,

м/с

 

17,7

 

100

 

0,0

 

:

 22,4

 

70

 

0,5

 

 

25

 

20.

 

2,5

 

Примечание. Ощущения организмов одинаковы при разной комбинации трех факторов.

Таким образом, температурный фактор тесно связан с фактором влажности, и действие одного можно компенсировать действием другого. Например, увядание растений от жары можно предотвратить усиленным поливом. Это важно учитывать в сельскохозяйственной и медицинской практике. Для создания комфортных усло­вий в жарких странах используют вентиляторы или кондиционеры.

Четвертая закономерность - правило ограничивающего (лимитирующего) фактора. Способность вида к воспроизводству особей, распространению и конкурен­ции не беспредельна, и ограничивается тем фактором, который сильнее всего от­клоняется в ту или иную сторону от оптимума. И если действие одного из факто­ров выходит за критические точки (рис. 1), существование вида становится невозможным. Такой фактор и называют ограничивающим. Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Примеры ограничивающих факторов:

1)недостаток тепла препятствует распространению некоторых видов плодовых растений на север (персик, грецкий орех);

2)недостаток влаги или высокие температуры не позволяют распространяться организмам на юг, поэтому бывают виды тепло- и холодолюбивые (слон и белый медведь), влага- и сухолюбивые (липа и саксаул);

3)среди биотических ограничивающих факторов можно назвать занятость территории другим видом, более сильным конкурентом или хищником, например, птицы своим пением дают сигнал о том, что территория занята, и другие должны искать новое место для гнезда;

4) возможность культивирования Средиземноморского вида инжира в Ка­лифорнии связана с опылителем - единственным видом насекомого - осой Blastophaga psenes; таким образом, фактором, ограничивающим распространение Средиземноморского вида инжира, является оса; еще пример: на острове Диксон, где нет шмелей, не растут и бобовые, шмели - ограничивающий фактор для рас­пространения бобовых на север;

5) в сельском хозяйстве — многие виды растений не выносят кислых почв, устранив этот фактор, добьемся повышения урожая и плодоношения; кислые поч­вы не годны для возделывания пшеницы, из плодовых растений - вишни и т.д.

Итак, действие разных факторов среды на живые организмы различно по времени, природе (атмосферные, водные, физиологические) и силе воздействия (летальный, экстремальный, ограничивающий и беспокоящий факторы).

Различна и ответная реакция организмов на действие разных по силе, длительности и природе факторов.

Но во всех случаях ответная реакция организма носит приспособительный характер. Такие приспособительные реакции организма называются адаптацией.

Вслед за изменившимися условиями среды происходят внутренние, а затем и внешние изменения, обеспечивающие организмам наиболее благоприятные воз­можности роста, развития и размножений. Этот путь приспособительных измене­ний отметил и обобщил Ч.Дарвин, построив на основании этого свою эволюцион­ную теорию, опубликованную в 1859 году.

Меняются природные условия, организмы приспосабливаются к изменяющимся условиям окружающей среды. Эта способность организмов адаптироваться к изме­нению среды является важнейшим экологическим свойством, обеспечивающим соответствие между существами и средой их обитания.

 

ЛЕКЦИЯ 3

Основы среды жизни. Наземно-воздушная среда обитания. Атмосфера. Понятие об адаптациях.

(2 часа)

Слоистое строение оболочек Земли и состав атмосферы; ~ световой режим как фактор наземно-воздушной среды, адаптации организмов к различным световым режимам; — температурный режим в наземно-воздушной среде, температурные адаптации; — загрязнения наземно-воздушной среды.

Наземновоздушная среда - самая сложная по экологическим условиям жизни. Жизнь на суше потребовала таких морфологических и биохимических при­способлений , которые оказались возможны лишь при достаточно высоком уровне организации как растений, так и животных. На рис.2 изображена схема оболочек Земли. К наземно-воздушной среде можно отнести наружную часть литосферы и нижнюю часть атмосферы. Атмосфера, в свою очередь, имеет довольно четко вы­раженное слоистое строение. Нижние слои атмосферы отображены на рис. 2. По­скольку основная масса живых существ обитает е тропосфере, именно этот слой атмосферы входит в понятие наземно-воздушной среды. Тропосфера ~ самая ниж­няя часть атмосферы. Высота ее в разных областях от 7 до 18 км, в ней содержится основная масса водяных паров, которые, конденсируясь, образуют облака. В тро­посфере происходит мощное перемещение воздуха и температура падает в среднем на 0,6° С с поднятием на каждые 100 м.

Атмосфера Земли состоит из механической смеси газов, химически не действующих друг на друга. В ней происходят все метеорологические процессы, сово­купность которых называется климатом. Верхней границей атмосферы условно считается 2000 км, т.е. ее высота составляет 1/3 часть радиуса Земли. В атмосфере непрерывно протекают различные физические процессы: изменяется температура, влажность, происходит конденсация водяных паров, возникают туманы, облака, солнечные лучи нагревают атмосферу, ионизируя ее и т.д.

Основная масса воздуха сосредоточена в слое 70 км. Сухой воздух содержит (в %): азота - 78,08; кислорода - 20,95; аргона 0,93; углекислого газа - 0,03. Ос­тальных газов очень мало. Это водород, неон, гелий, криптон, радон, ксенон -большинство инертных газов.

Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды. Он надежно защищает планету от вредного космического излучения. Под воздействием атмосферы на Земле совершаются важнейшие гео­логические процессы, которые в конечном итоге формируют ландшафт. Атмосферный воздух относит­ся к категории неисчерпаемых ре­сурсов, но интенсивное развитие промышленности, рост городов, расширение исследований космиче­ского пространства усиливают от­рицательное антропогенное воздей­ствие на атмосферу. Поэтому вопрос охраны атмосферного воздуха стано­вится все более актуальным.

Кроме воздуха определенного состава на живые организмы, насе­ляющие  наземно-воздушную среду воздействуют  давление   воздуха   и влажность , а также солнечная радиация и температура.

Световой режим или солнечная радиация. Для осуществления процессов жизнедеятельности всем живым организмам необходима энергия, поступающая извне. Основным ее источником является солнечная радиация.

Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые организ­мы различно. Известно, что в спектре солнечных лучей выделяют улътрафиолетовую, видимую и инфракрасную области, которые в свою очередь, состоит из световых волн разной длины.

Среди ультрафиолетовых лучей (УФЛ) до поверхности Земли доходят только длинноволновые (290-300 нм), а коротковолновые, губительные для всего живого, практически полностью поглощаются на высоте около 20-25 км озоновым экраном ~ тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы Оз (см. рис.2).

Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, обладающие большой энергией фотонов, имеют высокую химическую и мутагенную активность . Большие дозы их вредны для организмов, а небольшие - просто необходимы многим видам орга­низмов.

В диапазоне 250-300 нм УФЛ оказывают мощное бактерицидное действие и у животных вызывают образование антирахитичного витамина Д. При длине 200-400 нм УФЛ вызывают у человека загар, который является защитной реакцией ко­жи. Инфракрасные лучи (ИКЛ) с длиной волны более 750 нм оказывают тепловое действие.

В настоящее время изготовлено много приборов, в которых используется та или иная часть спектра: ультрафиолетовые облучатели, бытовые приборы с инфра­красным излучением для быстрого приготовления пищи и т.д.

Свет совершенно необходим растениям. Зеленые растения используют сол­нечную энергию, улавливая ее в процессе фотосинтеза:

Организмы, которые способны ассимилировать (улавливать) углекислый газ  из атмосферы, используя энергию солнца и преобразуя ее в энергию хими­ческих связей в органических соединениях, называется фотоавтотрофа м и (от латинского "фото"-свет, "авто" - сам, "трофос"-питаюсь, "питаюсь сам за счет света") или просто автотрофами. Автотрофными организмами созда­ется вся первичная биомасса или биологическая продукция на Земле. Организмы, которые не способны использовать непосредственно энергию Солнца, и живут за счет энергии, запасенной автотрофами, называются гетеротрофами (от латинского "гетерос" - другой, "трофос"-питаюсь, т.е. " питаюсь за счет другого"). Аатотрофы - это все хлорофилл-содержащие организмы: фотосинтезирующие бактерии, разнообразные водоросли; высшие зеленые растения.

В связи с разной потребностью в количестве необходимой световой энергии, у растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму обитания.

Адаптация - это системы регулирования обменных процессов и физиологических особенностей, обеспечивающих максимальную приспособленность организмов к условиям окружающей среды.

В соответствии с адаптациями к световому режиму, растения делят на следующие экологические группы.

1.Светолюбивые, имеющие следующие морфологические адаптации: сильноветнящиеся побеги с укороченными междоузлиями, розеточные; листья мелкие или с сильно рассеченной листовой пластинкой, нередко с восковым налетом или опушением, часто повернуты ребром к свету, (например, акация, мимоза, софора, василек).

2.Тенелюбивые - постоянно находящиеся в условиях сильного затенения.
Листья у них темно-зеленого цвета, располагаются горизонтально. Это растения нижних ярусов лесов (например, бегонии, грушанки, майник двулистный и т. д.), пещер, глубоководные растения.

3.Теневыносливые — могут переносить затенение, но хорошо растут и на свету (например, луговые растения, лесные травы и кустарники, растущие и в затененных местах, и на опушках).

По отношению к свету растения в лесу располагаются ярусами. Кроме того, даже у одного и того же дерева листья по-разному улавливают свет в зависимости от яруса. Как правило, они составляют листовую мозаику, т.е. располагаются таким образом, чтобы увеличить листовую поверхность для лучшего улавливания света.

Свет как условие жизни растений. Для животных свет не является таким фак­тором первостепенного значения, как для зеленых растений, так как они сущест­вуют за счет энергии солнца, накопленной этими растениями. Тем не менее, жи­вотным нужен свет определенного спектрального состава. В основном свет необхо­дим им для зрительной ориентации в пространстве. Правда не у всех животных есть глаза. У примитивных - это просто фоточувствительные клетки, или даже ме­сто в клетке (например - фотохор у одноклеточных организмов или "глазок").

Образное видение возможно только при достаточно сложном устройстве глаза. Например пауки могут различать контуры движущихся предметов только на расстоянии 1-2 см. Глаза позвоночных воспринимают форму и размеры предметов, их цвет и определяют расстояние до них.

Видимый свет - это условное понятие для разных видов животных. Для человека - это лучи от фиолетового до темно-красного (вспомним цвета радуги). Гремучие змеи, например, воспринимают инфракрасную часть спектра. Пчелы же различают многоцветье ультрафиолетовых лучей, но не воспринимают красных. Спектр видимого цвета для них сдвинут в ультрафиолетовую область.

Развитие органов зрения во многом зависит от экологической обстановки и условий среды обитания организмов. Так у постоянных обитателей пещер, куда не проникает солнечный свет, глаза могут полностью или частично редуцированы: у слепых жужелиц, летучих мышей, некоторых амфибий.

Способность к цветовому зрению зависит также от того, дневной или ноч­ной образ жизни ведут организмы. Собачьи, кошачьи, хомяки (которые охотятся в сумерках) все видят в черно-белом изображении. Такое же зрение и у ночных птиц-сов, козодоев. Дневные же птицы имеют хорошо развитое цветовое зрение.

Животные ориентируются с помощью органов зрения во время дальних пе­релетов и миграций. Птицы, например, с поразительной точностью выбирают на­правление полета, преодолевая многие тысячи километров от гнездовий до мест зимовок. Доказано, что при таких дальних перелетах птицы хотя бы частично ори­ентируются по Солнцу и звездам, т.е. астрономическим источникам света. Они способны к навигации, изменению ориентации, чтобы попасть в нужную точку Земли. Если птиц перевозят в клетках, то они правильно выбирают направление на зимовку из любой точки Земли. В сплошной туман птицы не летают, так как в процессе полета часто сбиваются с пути.

Среди насекомых способность к такого рода ориентации развита у пчел. В качестве ориентира они используют положение (высоту) Солнца.

Температурный режим в наземно-воздушной среде. Температурные адаптации.

Известно, что жизнь есть способ существования белковых тел, поэтому границы существования жизни - это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, в среднем от 0 до 50°С. Однако некоторые организмы обладают специализированными ферментными системами и приспособлены к активному существованию при температурах, выходящих за указанные пределы.

Виды, предпочитающие холод (их называют криофилы), могут сохра­нять активность клеток до (-8) - (-10)°С. Переохлаждения способны выносить бактерии, грибы, лишайники, мхи, членистоногие. Наши деревья также не поги­бают при низких температурах. Важно только, чтобы в период подготовки к зиме вода в клетках растений перешла в особое состояние, а не превратилась в лед -тогда клетки погибают. Растение преодолевают переохлаждение, накапливая в сво­их клетках и тканях вещества — осмотики: различные сахара, спирты, которые "выкачивают" излишнюю воду, не давая ей превратиться в лед.

Существует группа видов организмов, оптимум жизни которых — высокие температуры, их называют термофилы. Это разнообразные черви, насеко­мые, клещи, обитающие в пустынях и жарких полупустынях, это бактерии горячих источников. Есть источники с температурой + 70°С, содержащие живых обитате­лей.

Если же принимать во внимание илатентные (длительно покоящие­ся) формы организмов, такие как споры некоторых бактерий, цисты, споры и се­мена растений - то они могут выдерживать значительно отклоняющиеся от нормы температуры. Споры бактерий могут выдерживать нагревание до 180°С. Многие семена, пыльца растений, коловратки, цисты, одноклеточные водоросли выдержи­вают замораживание в жидком азоте (t= — 195,8°С), а затем длительное хранение при -70°С. После размораживания и помещения в благоприятные условия и доста­точную питательную среду эти клетки могут стать вновь активными и начать размножаться.

Временная приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом. Из состояния анабиоза живые существа могут возвратиться к нормальной жизни только в том случае, если не нарушена структура макромолекул в их клетках (в первую очередь, ДНК и белков).

Устойчивость к температурным колебаниям у наземных обитателей различна.

Растения, будучи организмами неподвижными, вынуждены приспосабли­ваться к тем температурным колебаниям, которые существуют в местах их обита­ния. Они обладают специфическими системами, предохраняющими от переохлаж­дения или перегрева. Транспирация - это система испарения воды расте­ниями через устьичный аппарат, которая спасает их от перегрева. Некоторые рас­тения приобрели даже устойчивость к пожарам — их называют пирофиты. Пожары часто бывают в саваннах, кустарниковых зарослях. У деревьев саванн толстая корка, пропитанная огнеупорными веществами. Плоды и семена их имеют толстые, одревесневшие покровы, которые растрескиваются, когда охвачены ог­нем, что помогает семенам попасть в землю.

Температурные адаптации животных. Животные, по сравнению с растениями, обладают большими возможностями приспосабливаться к изменению температуры, так как способны передвигаться, обладают мускулатурой и производят собственное внутреннее тепло. Основные пути температурных адаптации:

1)химическая терморегуляция — увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры окружающей среды;

2)физическая терморегуляция — способность удерживать тепло благодаря волосяному и перьевому покровам, распределению жировых запасов, возможности испарительной теплоотдачи и т.п.;

3)поведенческая терморегуляция - способность перемещаться из мест крайних температур в места оптимальных температур. Это основной путь терморегуляции у холоднокровных животных. При повышении или понижении температуры они стремятся изменить позу или спрятаться в тень, в нору. Пчелы, муравьи, термиты строят гнезда с хорошо регулируемой внутри них температурой.

У теплокровных система терморегуляции значительно усовершенствовалась (хотя она слаба у детенышей и птенцов).

Для иллюстрации совершенства терморегуляции у высших животных и человека можно привести такой пример. Около 200 лет назад доктор Ч. Блэгден в Анг­лии поставил такой опыт: он вместе с друзьями и собакой провел 45 мин. в сухой камере При 126 "С без последствий для здоровья. Любители финской бани знают, что можно проводить в парной с температурой более 100 ° С некоторое время (для каждого - свое), и это полезно для здоровья. Но мы также знаем, что если держать при такой температуре кусок мяса - он сварится.

При действии холода у теплокровных усиливаются окислительные процессы, особенно в мышцах. Вступает в действие химическая терморегуляция. Отмечается мышечная дрожь, приводящая к выделению дополнительного тепла. Особенно усиливается обмен липидов, так как в жирах содержится значительный запас хи­мической энергии. Поэтому накопление жировых запасов обеспечивает лучшую терморегуляцию.

Усиленное производство теплопродукции сопровождается потреблением большого количества пищи. Так птицам, остающимся на зиму, нужно много кор­ма, им страшны не морозы, а бескормица. При хорошем урожае ели и сосны кле­сты, например, даже зимой выводят птенцов. У людей - жителей суровых сибир­ских или северных районов из поколения в поколение вырабатывалось высокока­лорийное меню - традиционные пельмени и другая калорийная пища. Поэтому прежде, чем следовать модным западным диетам и отвергать пищу предков, нужно вспомнить о существующей в природе целесообразности , лежащей в основе мно­голетних традиций людей.

Эффективным механизмом регуляции теплообмена у животных, как и у рас­тений, является испарение воды путем потоотделения или через слизистые оболоч­ки рта и верхних дыхательных путей. Это пример физической терморегуляции. Че­ловек при сильной жаре может выделить до 12 литров пота в день, рассеивая при этом тепла в 10 раз больше нормы. Выделяемая вода, естественно, должна возвра­щаться через питье.

Теплокровным животным, так же как и холоднокровным, свойственна и по­веденческая терморегуляция. В норах живущих под землей животных колебания температур тем меньше, чем глубже нора. В искусно построенных гнездах пчел поддерживается ровный, благоприятный микроклимат. Особый интерес представ­ляет групповое поведение животных. Например, пингвины в сильный мороз и буран образуют "черепаху" - плотную кучу. Те, кто оказался с краю, постепенно пробираются внутрь, где температура поддерживается около +37°С. Там же, внут­ри, помещаются и детеныши.

Таким образом, для того чтобы жить и размножаться в определенных усло­виях наземно-воздушной среды, у животных и растений в процессе эволюции вы­работались самые разнообразные приспособления и системы соответствия этой среде обитания.

Загрязнения наземно-воздушной среды. В последнее время все более значи­тельным внешним фактором, изменяющим наземно-воздушую среду обитания, становится антропогенный фактор.

Атмосфера, как и биосфера, имеет свойство самоочищения или сохранения равновесия. Однако, объем и скорость современных загрязнений атмосферы пре­восходят природные возможности их обезвреживания.

Во-первых, это природное загрязнение - различная пыль - минеральная (продукты выветривания и разрушения горных пород), органическая (аэропланктон - бактерии, вирусы, пыльца растений) и космическая (частицы, попадающие в атмосферу из космоса).

Во-вторых, это искусственные (антропогенные) загрязнения — промышлен­ные, транспортные и бытовые выбросы в атмосферу (пыль цементных заводов, сажа, химические газоподобные вещества, выхлопные газы, радиоактивное загрязнение, пестициды).

По приблизительным подсчетам в атмосферу за последние 100 лет выброшено ],5 млн. т. мышьяка; 1 млн. т. никеля; 1,35 млнх кремния, 900 тыс. т. кобальта, 600 тыс.т. цинка, столько же меди и других металлов.

Предприятия продукции неорганической химии выбрасывают углекислый газ, окись железа, оксиды азота, хлор. Из пестицидов особенно токсичны фосфорорганические соединения, из которых в атмосфере получаются еще более токсич­ные.

В результате выбросов в городах, где снижено ультрафиолетовое излучение и

наблюдается большое скопление людей, происходит деградация воздушного бас­сейна, одним из проявлений которого является смог.

Смог бывает "классический " (смесь токсичных туманов, возникающих при незначительной облачности) и "фотохимический" (смесь едких газов и аэрозолей, которая образуется без тумана в результате фотохимических реакций)- Наиболее опасен лондонский и лосанжелесский смог. Он поглощает до 25% солнечного из­лучения и 80% ультрафиолетовых лучей, от этого страдает городское население.

Таким образом, несмотря на неисчерпаемость воздуха как ресурса окру­жающей среды, качество его стремительно ухудшается. Загрязнение воздуха - са­мая опасная форма загрязнения окружающей среды.

 

ЛЕКЦИЯ 4

Вода в природе. Водная среда обитания. Почва как среда

обитания.

(4 часа)

 

Распределение воды в гидросфере: виды, формы, запасы воды; — вода как ком­понент внутренней среды организмов, и свойства воды как среды обитания; -круговорот воды и использование ее человеком; — загрязнение водоемов и пути охраны водных ресурсов; ~ почва как среда обитания; — строение и составные компоненты почвы; — загрязнение почв; — гигиеническое значение почвы.

Виды, формы, запасы воды Вода — один из самых распространенных мине­ралов на Земле. Ее мировые запасы составляют жидкая (соленая и пресная), твер­дая (пресная) и газообразная (пресная) вода. Все воды Земли образуют гидросферу, площадь которой занимает 70% всей поверхности Земли. В состав гидросферы входят: Мировой океан, подземные воды, ледники, озера, почвенная влага, пары ат­мосферы, речные воды. Наибольшие запасы соленой воды сосредоточены в Миро­вом океане, пресной - в ледниках.

Вода непрерывно перемещается по Земле. Пути ее перемещения - общая циркуляция в атмосфере, морские течения и речной сток. Скорость водообмена колеблется в различных частях гидросферы. Медленнее всего возобновляются под­земные воды (около 5 000 лет), а обмен речных происходит 32 раза в течение года. Поэтому очень важна проблема загрязнения подземных вод (например, в результа­те подземных ядерных взрывов). Загрязнив один раз, мы не сможем их обновить раньше, чем через 5 000 лет.

Доступная пресная вода, необходимая для растительного и животного мира, физиологических потребностей и хозяйственной деятельности людей составляет лишь 2% гидросферы, при этом распределена она по континенту крайне неравно­мерно - ее много в ледниках и мало в засушливых районах Африки и Азии.

Вода — это специфическая среда обитания для большой группы живых орга­низмов. Жизнь возникла в воде, вошла в состав живых тел и оказалась той средой, где в любом организме протекают все биохимические реакции. Вода составляет основную часть протоплазмы клеток, растительных соков, жидких тканей живот­ных (табл. 2).

Концентрация солей в воде определяет осмотическое давление тканей, через водную среду происходит контроль и регуляция содержания макро- и микроэле­ментов в цитоплазме.

Укажем физиологическое значение некоторых микроэлементов, растворен­ных в воде:

Са, Si         - образуют основу скелетных структур;

S                   - составная часть аминокислот;

Со                 - входит в состав витаминов (Bij);

Си, Fe, Mg  - входят в состав дыхательных ферментов и хлорофилла;

J, 2п и др.   - необходимы для работы некоторых гормонов.

Недостаток или избыток микроэлементов в воде могут вызывать различные эндемические заболевания. Содержание воды и растворенных в ней минеральных элементов не постоянно. Организм все время расходует воду и получает ее вновь из окружающей среды.

Серьезные нарушения в организме может вызвать обезвоживание. Некото­рые растения и животные теряют воду только в периоды покоя. Для большинства же растений и животных потеря значительного количества влаги губительна. Так, у многих млекопитающих, в том числе и у человека, при снижении содержания воды в организме на 10% возникают тяжелые болезненные явления, а потеря 20-30% влаги обычно заканчивается смертью.

Таблица 2

Содержание воды в тканях различных организмов

Организмы

Вода в % к весу тела

Водоросли

96-98

 

Листья салата, плоды томатов и огурцов

94-95

 

Корни моркови

87-91

 

Листья трав

83-86

 

Клубни картофеля

74-80

 

Стволы деревьев

40-55

 

Медузы

до 95

 

Речной рак

77

 

Насекомые

46-92

 

Головастики лягушек

до 93

 

Млекопитающие

63-68

 

Многие животные и растения постоянно живут в воде, и в этом случае для их существования огромное значение имеют физические свойства водной среды.

Свойства водной среды обитания. Рассмотрим факторы водной среды, действующие на водных обитателей.

Прежде всего - это плотность водного слоя. Это фактор, определяющий ус­ловия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Дистиллированная вода имеет плотность 1 г/см3 при + 4°С. Плотность природных вод, содержащих соли, может быть больше - до 1,35 г/см3 и более. Плотность воды обеспечивает возможность организмам опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм. Взвешенные, парящие в воде организмы объединяются в осо­бую экологическую группу гидробионтов - планктон. Следующие важные показатели существующих в ней организмов, это подвижность, светопроницаемость (или мутность), давление, а также кислотность (значение водородного показателя - рН).

Все эти свойства водной среды во многом определяют форму тела и строе­ние скелета, соответствующее водной среде строение органов чувств и другие осо­бенности анатомии и биологии водных обитателей.

Еще один фактор, важнейший для водной среды - кислородный режим. Не­обходимое условие существования жизни в воде - растворенный в воде кислород, необходимый для дыхания водных растений и животных. Содержание кислорода в воде в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Кислород поступает в основном за счет фото­синтетической деятельности водорослей. Верхние слои водной толщи богаче ки­слородом, чем нижние.

Некоторые водные обитатели способны переносить широкие колебания со­держания кислорода в воде (карась, сазан); другие виды (радужная форель, кумжа, гольян) могут существовать только в водоемах, насыщенных кислородом.

Нехватка кислорода иногда приводит к катастрофическим явлениям — замо­рам — с гибелью гидробионтов. Кроме недостатка кислорода в водоеме заморы могут быть вызваны повышением концентрации токсичных газов - метана, серо­водорода, углекислого газа и других, образующихся в результате разложения орга­нических остатков на дне водоема.

Таким образом, вода - это и внутренняя среда обитания большинства орга­низмов, и внешняя для многих из них.

Кроме всего прочего, вода — единственный источник кислорода, образую­щегося в процессе фотосинтеза - кислород образуется при фотохимическом раз­ложении воды, в котором используется энергия солнечного света.

Для обеспечения устойчивости экосистем чрезвычайно важны циклические превращения элементов, а также участие веществ в биологических и биогеохими­ческих круговоротах. В биосфере в такой круговорот вовлечена и вода. Происходит это следующим образом. Вода выпадает на поверхность земли в виде осадков, об­разующихся в результате испарения Мирового океана. При испарении в атмосфере накапливается водяной пар, который, конденсируясь, образует облака, и, наконец, дождь или снег, выпадающие на землю; затем часть осадков снова испаряется с поверхности земли; часть осадков проникает в почву, поглощается растениями и испаряется ими в процессе гранспирации, часть просачивается в глубокие слои почвы и пополняет подземные воды, а часть осадков стекает в водоемы (реки, озеpa) и оттуда также испаряется в атмосферу. Растительность на поверхности земли играет роль грандиозного испарителя, имеет водорегулирующее значение, способ­ствует удержанию влаги и препятствует иссушению и эрозии почв.

Использование воды человеком. Человечество потребляет огромное количест­во пресной воды. Наиболее водоемкие отрасли промышленности: горнодобываю­щая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пище­вая. На них уходит 70% всей воды, используемой в промышленности. Но все же главный потребитель пресной воды - сельское хозяйство, забирающее 60-80% пре­сной воды, используемой человеком.

Вода - необходимый компонент жизнедеятельности человека. Как человек использует воду?

1.Вода - универсальный растворитель, так как в организме человека все
биохимические и обменные реакции протекают с ее участием.

2.Вода необходима для поддержания гигиены тела, жилища, улицы.

3 Минеральные воды употребляют внутрь и для ванн, используя их целеб­ные свойства.

4. Горячая вода термальных источников идет для обогрева жилья, парников, теплиц.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий все более усложняют проблему обеспечения водой. Потребности в воде огромны, и расходы ее с каждым годом возрастают. Так, если на бытовые нужды в домах без канализации человек потребляет в сутки около 50 л воды, то в современных зданиях расход воды на 1 человека в день составляет 200-500 л.

Большая часть воды после ее использования в хозяйственных нуждах воз­вращается в реки в виде сточных вод. Дефицит пресной воды уже сейчас становит­ся проблемой, недостаток воды уже ощущают такие страны, как ФРГ, Франция, Англия, Бельгия и другие (всего более 50). Некоторые африканские страны транс­портируют пресную воду в виде айсбергов.

Источники пополнения воды. Открытые водоемы ~ реки, озера, родники. Для получения питьевой воды из этих источников требуется дополнительная очистка.

Атмосферные осадки - почти дистиллированная вода, но в ней нет необхо­димых микроэлементов. Кроме того, при прохождении над населенными пункта ми, осадки загрязняются пылью, грязью, газами, различными микроорганизмами. В результате, для питья такая вода не годится.

Артезианские воды, образующиеся из подземных вод, как правило, это чис­тая вода, но отличающаяся повышенной жесткостью. Даже артезианская вода мо­жет быть загрязнена через трещины в земных породах, заброшенные шахты и т.д.

Человека волнует проблема качества воды, которую он употребляет, так как это одна из составляющих экологического здоровья населения. Основные "средовые" болезни идут от загрязнения атмосферы и воды. Через воду могут пе­редаваться возбудители инфекционных заболеваний (брюшного тифа, холеры, ди­зентерии, туляремии). Вода также может быть источником загрязнения гельминта­ми и малярией. Если в какой-то местности в воде не хватает йода, то жители мест­ности страдают эндемическим зобом. Избыток фтора в воде вызывает эндемиче­ский флуороз, т.е. зубы и кости человека становятся хрупкими, поражается костно-связочный аппарат, а недостаток фтора увеличивает поражаемость зубов кариесом, в основном у детей.

Качество используемой человеком воды резко снизилось из-за сбросов хи­мических предприятий, бытовых отбросов и других загрязнителей в пресные и морские воды. В результате поступления в воды морей и Мирового океана значи­тельного количества ядовитых и антропогенных отходов уменьшаются самоочистительные свойства морских вод, снижается их биологическая продуктивность. Раз­личают три вида загрязнения морских вод: химическое, загрязнение бытовыми от­бросами, радиоактивное.

Химические загрязнители — это в основном нефть и нефтепродукты, попав­шие в море в результате бурения скважин или аварий танкеров.

Загрязнение бытовыми отбросами приводит к возникновению инфекционных заболеваний.

Радиоактивное загрязнение — это такое загрязнение, при котором концентра­ция радионуклидов, накапливаемая планктонными организмами, в несколько раз превышает радиоактивность воды; источники загрязнений: отходы атомных под­водных лодок, заводы для очистки урановой руды, атомные электростанции.

Загрязнение внутренних водоемов. Вследствие бурного развития промышлен­ности полностью исчезают полноводные реки, озера, резко меняется их солевой состав. Так, воду Рейна нельзя использовать для потребления, этой водой опасно даже чистить зубы, так как концерны Германии, Франции сбрасывают сюда не очищенные отходы. В сточную канаву превращена река Везер, насыщены отрав­ляющими веществами воды Эльбы. В Англии загрязнены почти все реки.

Вредными загрязнителями внутренних вод является фенол и его производ­ные, а также поверхностно-активные вещества, содержащиеся в современных моющих средствах. Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пести­цидами и минеральными удобрениями, поступающими с полей с дождевыми и та­лыми водами.

Пути охраны водных ресурсов ~ внедрение новых технологических процес­сов, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где сточные воды не сбрасываются, а используются многократно.

В настоящее время очистка сточных вод проводится механическими, хими­ческими и биологическими методами.

При механическом методе используют систему отстойников и разного рода ловушек (сита, решетки, песколовки, жироловки и т.д.).

При химическом методе в сточные воды добавляют реагенты, образующие с загрязнителями нерастворимые осадки.

При биологическом методе для минерализации органических загрязнителей используют аэробные (т.е. протекающие в кислородной среде) биологические про­цессы, осуществляемые микроорганизмами. Так, на сахарных заводах сточные воды очищают с помощью одноклеточной зеленой водоросли хлореллы. Создаются специально подготовленные участки - поля орошения, биологические фильтры. Этот метод дает наилучший результат.

На земледельческих полях орошения загрязненная вода фильтруется через почву, при этом накапливается значительное количество ценных органических удобрений.

Далее рассмотрим почву как естественную среду обитания многочисленных живых организмов.

Почва как среда обитания. Почва обеспечивает биогеохимическую среду для человека, животных и растений. В ней идет накопление атмосферных осадков, концентрируются элементы питания растений, она является фильтром и обеспечи­вает чистоту подземных вод.

В.В.Докучаев, родоначальник науки "Почвоведение", внес значительный вклад в изучение почв и процессов почвообразования, создал классификацию рус­ских почв и дал описание русского чернозема. Представленная В.В.Докучаевым во Франции первая почвенная коллекция имела огромный успех. Он, являясь также автором картографии русских почв, дал окончательное определение понятию "почва" и назвал ее образующие факторы. В.А.Докучаев писал, что почва - это верхний слой земной коры, обладающий плодородием и образовавшийся по действием физических, химических и биологических факторов.

Толщина почвы колеблется от нескольких сантиметров до 2,5 м. Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в рас­пространении различных форм жизни.

Почва состоит из твердых частиц, окруженных смесью газов и водными рас­творами. Химический состав минеральной части почвы определяется ее происхож­дением. В песчаных почвах преобладают соединения кремния (S1O2), в известко­вых - соединения кальция (СаО), в глинистых ~ соединения алюминия (AI2O3).

В почве сглажены температурные колебания. Осадки задерживаются почвой, благодаря чему поддерживается особый режим влажности. В почве сконцентриро­ваны запасы органических и минеральных веществ, поставляемые отмирающими растениями и животными.

Здесь создаются условия, благоприятные для жизни макро- и микроорга­низмов. Какие же организмы живут в почве?

Во-первых, здесь сосредоточены корневые системы наземных растений.

Во-вторых, в 1 мг почвенного слоя находится 100 млрд. клеток простейших, коловраток, миллионы нематод, сотни тысяч клещей, тысячи членистоногих, де­сятки дождевых червей, моллюсков и прочих беспозвоночных; 1 см2 почвы содер­жит десятки и сотни миллионов бактерий, микроскопических грибов, актиномицетов и других микроорганизмов. В освещенных слоях почвы обитает сотни тысяч фотосинтезирующих клеток зеленых, желто-зеленых, диатомовых и сине-зеленых водорослей. Таким образом, почва чрезвычайно насыщена жизнью. Распределена она неодинаково в вертикальном направлении, поскольку имеет выраженное слои­стое строение. Различают несколько почвенных слоев или горизонтов, из которых можно выделить три основных (рис. 3).

В пределах каждого горизонта выделяются более дробные слои, сильно раз­личающиеся в зависимости от климатических зон и состава растительности.

Влажность - важный и часто меняющийся показатель почвы. Он очень ва­жен для земледелия. Вода в почве присутствует в нескольких состояниях: связан­ная, капиллярная, гравитационная и парообразная


В почве содержится много воздуха. Состав почвенного воздуха изменчив. С глубиной в нем сильно падает содержание кислорода и возрастает концентрация СО2. В связи с присутствием органических остатков в почвенном воздухе может быть высокая концентрация таких токсичных газов, как аммиак, сероводород, ме­тан И Др.

Для сельского хозяйства, кроме влажности и наличия в почве воздуха, необ­ходимо знать и другие показатели почвы: кислотность, количество и видовой со­став микроорганизмов (почвенная биота), структурный состав, а в последнее время и такой показатель, как токсичность (генотоксичность, фитотоксичность) почв.

Итак, в почве взаимодействуют следующие компоненты: 1) минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух; 2) детрит - отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных; 3) множество живых организмов.

Гумус - питательный компонент почвы, образуется при разложении расти­тельных и животных организмов. Растения поглощают из почвы необходимые ми­неральные вещества, но после смерти растительных организмов, все эти элементы вновь возвращаются в почву. Там почвенные организмы постепенно перерабаты­вают все органические остатки до минеральных компонентов, превращая их в дос­тупную для всасывания корнями растений форму.

Таким образом, происходит постоянный круговорот веществ в почве. В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находят­ся в равновесии. Но человек все больше нарушает это равновесие, происходит эро­зия и загрязнение почв. Эрозия - это разрушение и смыв плодородного слоя ветром водой из-за уничтожения лесов, многократной распашки без соблюдения правил агро­техники и т.д.

В результате производственной деятельности человека происходит загрязне­ние почв излишними удобрениями и ядохимикатами, тяжелыми металлами (свинцом, ртутью), особенно вдоль автострад. Поэтому нельзя собирать ягоды, грибы, растущие вблизи дорог, а также лекарственные травы. Вблизи крупных цен­тров черной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем и другими металлами, их концентрации во много раз превы­шают предельно допустимые.

Много радиоактивных элементов в почвах районов АЭС, а также вблизи на­учно-исследовательских учреждений, где изучают и используют атомную энергию, Очень велики загрязнения фосфорорганическими и хлорорганическими токсичны­ми веществами.

Одним из глобальных загрязнителей почвы являются кислотные д о ж д и . В атмосфере, загрязненной диоксидами серы (SOj) и азота при взаимо­действии с кислородом и влагой образуются аномально высокие концентрации серной и азотной кислот. Кислые осадки, выпадающие на почву, имеют рН=3-4, тогда как нормальный дождь имеет рН=6-7. Кислотные дожди вредны для расте­ний. Они закисляют почву и нарушают тем самым происходящие в ней реакции, в том числе, реакции самоочищения.

Гигиеническое значение почвы. Почву издавна используют для обеззаражива­ния и утилизации отбросов, образуемых человеком в процессе жизнедеятельности. Но загрязненная почва может стать источником инфекционных, инвазионных и других заболеваний.

Для развития большинства патогенных бактерий почвенная среда неблаго­приятна, там они сравнительно быстро погибают.

Возбудители брюшного тифа, чумы, дизентерии, туберкулеза, вируса полио­миелита живут в почве от нескольких часов до нескольких месяцев, а такие споро-образующие болезнетворные микробы как бациллы столбняка, сибирской язвы, газовой гангрены могут жить в почве несколько лет.

Поступление воздуха в почву имеет огромное гигиеническое значение, так как все окислительные процессы с участием аэробных бактерий, живущих в почве, требуют достаточного количества кислорода. Процессы распада могут происходить и в анаэробных (без участия кислорода) условиях.

Разложение органических остатков и самоочищение почвы происходит в два этапа - через минерализацию и нитрификацию.

Минерализация осуществляется под действием ферментов, выде­ляемых микробами и грибами. В анаэробных условиях процессы гниения и броже­ния идут с выделением зловонных газов: аммиака, сероводорода, метана. В про­цессе минерализации гибнут возбудители инфекционных заболеваний, а яйца гли­стов становятся нежизнеспособными.

Нитрификация осуществляется аэробными нитрифицирующими бактериями. Конечные продукты минерализации и нитрификации переходят в хи­мические соединения, которые используют для питания растения.

В настоящее время почва едва справляется с тем количеством мусора, твер­дых бытовых отходов (ТБО), которые в нее поступают. В нашей стране функцио­нирует лишь несколько заводов по обезвреживанию ТБО для получения удобрений и биотоплива. В заключение нужно сказать, что по ряду экологических особенно­стей почва является промежуточной между водной и воздушной средой. Общим с водной средой является температурный режим, а с воздушной - наличие почвен­ного воздуха.

Промежуточные экологические свойства почвы как среды обитания живот­ных позволяют предполагать, что она играла особую роль в эволюции животного мира и послужила той средой, через которую многие водные животные перешли к наземному образу жизни.

 

ЛЕКЦИЯ 5

Популяции, их структура и основные характеристики

(4 часа)

Что такое популяции; — о пространственной, возрастной и половой структуре популяций; важнейшие демографические характеристики: общая численность, рож­даемость и смертность, продолжительность жизни, характер роста.

Общий курс биологии (ботаника, зоология) дает некоторое представление о большом разнообразии организмов, населяющих нашу планету. Благодаря ученым-систематикам, во всем многообразии растительного и животного мира установлен определенный порядок: растения и животные, имеющие общие признаки, объеди­нены в родственные группы, называемые видами, родами, семействами, классами, типами, и, наконец, царствами — это царства растений, животных, бактерий, про­стейших и грибов.

Число представителей одних видов (например, насекомых, бактерий) во много раз, даже на порядки величин, отличаются от численности других видов (например, хищных млекопитающих или растений), среди которых встречаются виды, насчитывающие единичные особи - так называемые реликтовые виды).

Но в основном живые организмы существуют не в единственном числе, а живут группами, занимая определенную территорию. Каждый вид занимает какое-то пространство, которое называется ареалом распространения вида. Разные части ареала отличаются друг от друга по условиям существования. Например, лисица обыкновенная обитает на огромных пространствах Евразии и Северной Америки. Условия обитания лисицы в зоне тундры и пустынях или по­лупустынях будут различными. Кроме того, группировки особей, обитающих в тун­дре и полупустынях оказываются полностью изолированными и никогда не скре­щиваются между собой.

Такие группы особей одного вида с общим генофондом, общей морфологией и единым жизненным циклом называют популяцией.

Белки могут заселять леса различного типа: елово-пихтовые насаждения, дубравы и сосновые боры. В этом случае можно говорить о трех экологических популяциях белки: "еловопихтовой", "дубравной", "сосновой".

Все особи карася, обитающего в одном озере, все березы или все ели в сме­шанном лесу образуют популяцию. В первобытном обществе все особи человека (Homo sapiens) образовывали "племя". Понятие "племя" встречается и в более поздних социальных единствах человека. Например, племена индейцев, несмотря на большое внешнее сходство, имели разные поведенческие установки. В некото­рых из них существовал запрет на браки между членами разных племен. Жившие в Древней Руси племена русичей, вятичей, смолян, древлян различались между со­бой не только проживанием на разных территориях, но и всем укладом жизни. Та­кие обособленные группы человека можно назвать популяцией.

Академик Шварц С.С. и его последователи считают, что в природе границы популяции и ее размеры определяются не столько свойствами территории, засе­ленной данным видом растений или животных, сколько свойствами самой популя­ции.

Основными характеристиками популяции является во-первых, генетическое единство популяции, а во-вторых, - фенотипическая общность особей. Кроме того, для каждой популяции характерны своя пространственная, половая и возрастная структуры, динамика численности и другие демографические показатели, на кото­рых следует остановиться более подробно.

Пространственная структура популяций. Рациональное использование ресур­сов среды популяций достигается упорядоченным размещением особей на зани­маемом участке.

Большинство популяций имеет постоянную территорию и временные посе­ления. Постоянную территорию называют ядром популяции, а вре­менные поселения занимают микропопуляции, которые образуются при возрастании численности популяции в годы, наиболее благоприятные для раз­множения.

Например, хлопковая моль на полях хлопчатника - это ядро популяции, а на соседних посевах кенафа, канатника, диких мальвовых растениях — временные поселения моли.

В понятие пространственной структуры входит и так называемая соци­альная организация. Для нее свойственен определенный стереотип поведения, она регламентирует использование пространства и пищи.

Различают два типа "социальной" организации популяций: одиночную (семейную) и групповую.

При одиночной (семейной) организации территория принадлежит одной семье (самец, самка и их потомство). Члены семейства могут метить и строго охранять границы этой территории. Такой образ жизни характерен для сидячих водных форм (некоторые иглокожие, а также раки-отшельники, крабы-норники, осьми­ноги), некоторых бабочек, хищных рыб, одиноких роющих ос, многих грызунов и млекопитающих. У многих животных индивидуальные участки сохраняются в те­чение всех сезонов и на протяжение всей жизни (сидячие формы, дятлы, ночные пернатые хищники).

Для других животных и растений характерно групповое использование про­странства. Такие животные образуют стада, стаи или колонии. Часто таким обра­зом обеспечиваются более благоприятные условия микроклимата: повышенная температура сохраняется в муравейниках и поселениях пчел, пингвины образуют "черепаху" во время буранов и т.д. Все особи в группе сообща выступают в борьбе с врагом и вырабатывают специальную систему сигналов (свист сусликов, постуки­вание лап зайцеобразных, тревожные крики птиц), которой оповещают об опасно­сти всех членов поселения (колоний).

Колониями являются и гнездовья птиц с тесно расположенными гнездами (например, пеликаны, бакланы, чайки, пингвины). В таких поселениях обеспечи­вается не только защита от врагов и микроклимат, но часто и выкармливание по­томства (как у морских котиков). У некоторых колониальных организмов в про­цессе эволюции сформировалась специализация отдельных особей, которую можно наблюдать у пчел ("рабочие", "самки", "трутни"), муравьев ("рабочие", "сторожа", "няньки") и т.д. Стаями живут многие насекомые (саранча), рыбы (сельдеобразные, тресковые образуют косяки), млекопитающие (копытные, ласто­ногие). На период размножения стада или стаи могут распадаться на более мелкие группы - "кланы" и "прайды".

Половая и возрастная структура популяций. Популяции большинства видов состоят из особей мужского и женского пола, если это не однодомные растения или не партеногенетические животные.

Особям мужского и женского пола свойственны отличия в протекании био­химических и физиологических процессов, и поэтому они по-разному осваивают среду и ее ресурсы, на них в разной степени влияют одни и те же факторы среды. Различна роль самцов и самок в обеспечении выживаемости молодняка. На при­мере млекопитающих можно утверждать, что половая структура популяции изме­няется в результате следующих процессов:

1)неравномерного отмирания самцов и самок, разной продолжительности их жизни;

2)неравномерного распределения полов уже при рождении (так у человека, по статистике, на 100 девочек рождается 107 мальчиков, это соотношение выравнивается как 1:1 к 20 годам).

Возрастная структура популяции зависит от интенсивности размножения, которая различна у разных видов. Так, слоны достигают половой зрелости в 15-16 лет, у них рождается один детеныш в 2-3 года, но каждая слониха размножается на протяжении нескольких десятков лет. Для сравнения - принадлежащая к этому же подклассу мышь-полевка становится половозрелой через два месяца после рожде­ния и в течение года дает несколько пометов , период ее размножения - максимум два года.

Представитель костистых рыб - трехиглая колюшка откладывает лишь не­сколько десятков икринок, а принадлежавшая к этому же отряду луна-рыба - до 300 миллионов икринок. Виды лососевых рыб размножаются также неодинаково: горбуша — один раз в жизни, а форель — много раз. Легко представить, насколько разной будет структура перечисленных популяций, т.е. число молодых, зрелых и старых особей у этих видов.

Таким образом, у каждого вида организмов, образующих популяцию, свой темп полового размножения, число семян или детенышей в потомстве, своя ско­рость отмирания популяции и средняя продолжительность жизни. Эти характери­стики называются демографическими показателями популя­ции. К ним относится также общая численность, плотность расселения и скорость роста популяций.

Для ученых-экологов и рачительных хозяйственников важно практическое значение этих характеристик.

Во-первых, при заготовке древесины (уничтожении одной из популяций экосистемы) необходимо знать скорость восстановления леса, чтобы планировать где, сколько и что можно вырубать.

Во-вторых, в охотоведческих хозяйствах необходимо иметь все сведения о популяциях пушных зверей: численность, скорость роста, интенсивность размно­жения, т.е. скорость возобновления популяции для того чтобы спланировать от­стрел. Так установлено, что в популяции кабанов можно отстреливать 30% особей, тогда как в популяции лосей - только 15%, поскольку скорость восстановления популяции кабанов выше.

Эти показатели необходимо учитывать и при добыче некоторых морских животных - котиков, тюленей и т.д.

Для медиков очень важно изучение популяций животных, являющихся воз­будителями или переносчиками опасных заболеваний для того чтобы предотвра­тить наступление эпидемий, эпизоотии.

Популяция растет, стареет, поддерживает сама себя, ей присущ и опреде­ленный жизненный цикл.

Каждая популяция имеет особые характеристики, присущие только ей и не применимые к отдельным организмам.

Рассмотрим некоторые из них. Наилучшим образом популяцию как группу организмов характеризует обилие - определенное число особей на данной площа­ди. Мерой обилия особей какой-либо популяции может быть общая численность популяции или ее общая биомасса, что более применимо к растительным организ­мам.

Однако измерить общую численность некоторых популяций на практике бывает довольно трудно: например, численность зайцев на какой-то территории или рыб и водоеме. Применяют метод кольцевания птиц или мечения животных, чтобы проследить за миграциями этих организмов. Для того чтобы иметь прибли­зительное представление о количестве животных или растений данной группы, ввели такое понятие как плотность популяции.

Плотность популяции — это число особей (или биомасса), приходящееся на единицу площади или объема жизненного пространства. Так, например, можно подсчитать число деревьев, растущих на 1 га леса. В водоеме довольно точно мож­но подсчитать количество клеток одноклеточных водорослей в единице объема (под микроскопом, в камере Горяева), и сделать пересчет их количества на любой объем, в том числе - на весь водоем. Зная плотность популяции в тот или иной момент времени, можно судить о росте, размножении, старении популяции.

Рождаемость и смертность. Рождаемость - это способность популя­ции к увеличению численности за счет размножения особей. Показатель рождае­мости - число новых особей (яиц, семян), родившихся в популяции за определен­ный промежуток времени.

Нужно различать максимальную (или абсолютную, физиологическую) и экологическую рождаемость.

Максимальная рождаемость теоретическое число особей, которое может появиться на свет, если отсутствуют внешние факторы, сдерживающие процесс размножения. Выражаясь экологическим языком, можно сказать, что отсутствуют ограничивающие факторы по размножению. Максимальная рож­даемость - это плодовитость самок.

Экологическая рождаемость в естественных условиях -это скорость возрастания численности популяции при сложившихся условиях жиз­ни.

Для тех видов, которые мало или вообще не заботятся о потомстве, а функ­ция родителей сводится только к произведению на свет новых особей, характерна высокая максимальная и низкая экологическая рождаемость. Так, например, взрослая самка трески выметывает миллион икринок (максимальная рождаемость), из которых до взрослого состояния в среднем доживает лишь две особи (экологическая рождаемость).

Смертность - это показатель состояния популяции, противополо­женный рождаемости. Понятно, что в группе особей, образующих популяцию, происходит не только рождение, но и отмирание старых особей. Для того чтобы популяция не исчезла совсем, и не возрастала неограниченно, необходимо опреде­ленное равновесие процессов рождаемости и смертности. Организмы умирают, даже когда условия жизни вполне благоприятны, а влияние внешних факторов не изменяется в худшую сторону. В этих случаях смертность минимальная. Если же условия внешней среды меняются - например, появляется неблагоприятное воз­действие внешних факторов - смертность возрастет.

Таким образом, возрастание смертности - это сигнальный показатель на неблагоприятное изменение внешних воздействий (ухудшение условий среды).

Смертность выражается числом особей, погибших за данный период време­ни, или в виде удельной величины (число погибших на 10, 20, 30 и т.д. особей). У большинства организмов интенсивность смертности меняется в течение жизнен­ного периода. Как правило, она высока на ранних стадиях развития, затем снижа­ется и вновь возрастает к старости. В человеческом обществе велика относительная смертность новорожденных и старых людей в расчете на все население какого-то

региона. Каждый организм характеризуется своей индивидуальной продолжительностью жизни (табл.3).

Таблица 3.

Средняя продолжительность жизни некоторых видов растений и животных

Виды организмов

Продолжительность жизни

 

Мхи

10 лет

Барбарис, жасмин

50 лет

Розы (разные виды)

50-400 лет

Клен обыкновенный

500 лет

Ели и сосны

1000- 1200 лет

Ливанский кедр, тис, кипарисы

2500 - 6000 лет

Поденки Майские жуки :

2-3ДНЯ

взрослые личинки

1 месяц 

Комары взрослые

-3-4 недели   

Личинки стрекоз

около 1 года 

Мухи взрослые

19-112 дней 

Омары

до 50 лет 

Жабы

 

до 50 лет

 

Крокодилы

1 более 40 лет

Ласточки 

60 лет 

9 лет

.*■,■>'.   ?'■ ■ -'..

Вороны

60-80 лет

' -..■■      .   . ■>.■ ■■- '■ ■    f г

Гориллы

70-120 лет   

Слоны

50-100 лет

Кривые выживания особей представлены на рис. 4,д и б. Рождаемость, смертность и продолжительность жизни определяют возрастной состав популяции. 4х разделяют на три общих типа ( рис. 4,6).

Рис. 4. Кривые выживания

Выпуклая кривая (человек и многие животные) получается, когда смерт­ность увеличивается резко лишь к концу жизни, а до того времени остается низ­кой. Сильно вогнутая кривая характерна для рыб, устриц, двустворчатых моллю­сков, а из растительного мира - для дуба. Она получается в том случае, когда смертность очень велика на ранних стадиях жизни. Смертность велика и у свобод­но плавающих мальков, прорастающих желудей. Когда же особи подросли и при­способились к подходящим условиям — смертность резко снизилась. Средняя кри­вая отражает изменение смертности у промежуточного типа животных - она мало меняется с возрастом. Такие сигмоидные кривые характерны для многих видов птиц, мышей, кроликов и др.

Форма кривой выживания тесно связана со степенью заботы о потомстве. Так, кривая выживания пчел и дроздов, заботящихся о потомстве, значительно меньше вогнута, чем кривая выживания у кузнечиков или рыб-сардин, которые не заботятся о своем потомстве (рис. 4,а).

Динамика популяций. В процессе жизни внутри каждой популяции происходят изменения, связанные с рождением новых, старением взрослых, отмиранием старых особей, т.е. в ходе эволюции популяции живых организмов обретают новые свойства.

Некоторые приобретают способность существовать в суровых, но стабиль­ных условиях: в пустынях (популяции растений саксаула, тамариска), в полупус­тынях, в зоне тундры (некоторые виды мхов, карликовые деревья). Такие популя­ции не приспособлены к резко меняющимся условиям и факторам среды, особен­но антропогенного характера, они очень чувствительны к возрастающим воздейст­виям человека, легко уязвимы и трудно поддаются восстановлению. Случайные разливы нефти или накопление других токсических веществ в прибрежной тундровой зоне Северных морей могут нанести таким популяциям непоправимый вред и привести к их уничтожению.

Другие организмы, в основном жители умеренных зон, особенно популяции животных (большинство насекомых) и однолетних растений (некоторые травы) способны выдерживать значительные нарушения условий жизни. Их численность может колебаться в очень широких пределах. Максимальная численность в благо­приятные годы и минимальная — в неблагоприятные может различаться в десятки, сотни и даже тысячи раз.

Рост популяций. Характер увеличения численности популяции может быть различным. Выделяют два типа роста популяций. Их различия видны на рис. 5, отображающем возрастание популяции во временном интервале. Кривые имеют J и S-образный вид,

Параболообразной (J-образной) кривой А (первый тип) описывается темп роста популяции, когда ее плотность увеличивается с возрастающей скоростью до тех пор, пока не начнет действовать фактор, ограничивающий рост (например, бу­дут полностью использованы ресурсы питания или воздуха в замкнутом водоеме и т.п.)

Рис.5 Типы роста популяции

 

Кривая В (S-образная) описывает события, когда рост популяции вначале увеличивается медленно, затем стремительно растет, но под влиянием сопротивле­ния среды постепенно замедляется, и наступает равновесие или стационарное со­стояние, когда число особей не увеличивается.

Второй тип кривой (кривая В) типичен для роста бактерий. Первый участок S-образной кривой называется фазой замедленного роста (лагфазой), кото­рая заменяется фазой активного роста -(логарифмической фазой), и, наконец, число бактерий в единице объема культуральной жидкости больше не увеличивается - кривая выходит на "плато ". Ход и растянутость этой кривой по времени для каждого вида бактерий свои, и служат важнейшей характеристикой чистой культуры бактерий любого вида.

Колебания численности популяций. Популяция завершила свой рост, и теперь ее численность слабо отклоняется от некоторой более или менее постоянной вели­чины. Эти небольшие колебания численности связаны с сезонными или годовыми изменениями температуры, влажности, количества пищи.

Примеры сезонных колебаний численности популяций: летние полчища ко­маров (осенью их нет), цветы-первоцветы зацветают раньше всех весной и в начале лета, к осени они отмирают.

По изменению численности некоторых видов растений или животных мож­но судить об экологической ситуации в данном регионе. Такие организмы называют биоиндикаторами,а процесс наблюдения за ними -биологикским   мониторингом.

Примером циклических колебаний численности могут служить циклы трех-Л четырехлетней периодичности северных мышевидных грызунов (мышей, поле-jok, леммингов) и их хищников (полярной совы, песцов).

Известны случаи взрывного возрастания численности леммингов в Европе, тогда плотность их достигала такой величины, что они вынуждены были мигриро­вать; их полчища двигались в сторону моря, достигнув которого многие из них погибли. Это пример J-образного возрастания численности популяции, а море в данном случае - ограничивающий фактор.

Еще одним примером колебания численности у саранчовых могут служить ;ведения о нашествиях саранчи на посевы. В норме саранча живет в привычных для нее местах обитания. Но бывают годы, когда плотность популяций саранчи достигает чудовищных размеров. Из-за большой скученности идет возрастание численности особей, у которых развились более длинные крылья, позволяющие перелетать в земледельческие районы и съедать все посевы.

Здесь мы имеем пример возрастания численности также по J-образному (параболическому) типу, и каждый такой случай сопровождается миграцией, т.е. переселением в другие места обитания (саранча, например, перелетает на 200 км 43 Африки в Англию).

Пики численности насекомых — бабочек сосновой пяденицы и лиственнич­ной листовертки, которые повторяются через 4-10 лет, сопровождаются колеба­ниями численности птиц, питающихся этими насекомыми и соответствующей ди­намикой биомассы деревьев. Деревья с наибольшей биомассой, более чувствитель­ные к насекомым, подвергаются их нашествию и в значительной степени уничто­жаются. Отмершие остатки древесины разлагаются и обогащают почву питатель­ными веществами, поэтому начинают развиваться молодые деревья, которые менее 4увствительны к насекомым. Кроме того, росту молодых деревьев способствует увеличение освещенности из-за гибели больших деревьев с пушистой кроной. В это же время численность насекомых уменьшается за счет уничтожения их птица­ми, подрастают молодые деревья (на самом деле процесс длится несколько лет), крона их максимальна - и все начинается сначала. Таким образом, насекомые - чистовертки - как бы омолаживают экосистему хвойного леса.

Но в ряде случаев причины, вызывающие колебания численности популя­ций, заключаются в них самих. Tax, в условиях перенаселения у некоторых млеко­питающих происходят резкие изменения физиологического состояния, которые затрагивают  эндокринную систему. Это отражается на поведении животных, изменяется их устойчивость к стрессам, заболеваниям разного рода, возрастает смертность. Например, зайцы-беляки часто погибают от "шоковой болезни" в пе­риоды пиков численности.

Такие механизмы, как внутренние регуляторы численности, настроены на некоторые пороговые значения. Но нужно помнить, что регулягорные механизмы - это не только экстренные стабилизаторы численности популя­ций. Сезонные колебания численности иногда обеспечиваются действием этих же механизмов.

Основные выводы, которые можно сделать из сказанного: видовые популя­ции - основные функциональные единицы живой природы.

Характерные показатели популяций, присущие только им: численность, плотность, половая и возрастная структуры, рождаемость, смертность.

Процессы изменения популяций во времени, называемые популяционной динамикой,- результат действия множества факторов окружаю­щей среды, а также внутренних механизмов популяционной регуляции.

 

ЛЕКЦИЯ 6

Адаптивные биологические ритмы организмов. Хронобиология, хрономедицина. Ритмы работоспособности.

(2 часа)

Внутренние и внешние ритмы организмов; — работы А.Л. Чижевского, связан­ные с изучением ритмов солнечной активности; — типы биоритмов: суточные, го­дичные, лунный месяц, приливно-отливные; — о хронобиологии и хрономедицине; о ритмах работоспособности.

Одно из основных свойств живой природы - цикличность большинства происходящих в ней процессов. Вся жизнь на Земле, от клетки до биосферы, под­чинена определенным ритмам. Рассматривая различные виды адаптации, которые возникли у живых организмов в определенной среде обитания, нельзя не заметить их приспособленность к пространственно-временным изменениям в живой приро­де. Ежегодно мы наблюдаем осенний листопад, зимнюю спячку некоторых живот­ных, весеннее распускание почек, и, наконец, летнее созревание плодов или вылет птенцов из гнезда. Эти процессы происходят в строгом порядке, и один цикл сме­няет другой в определенной последовательности. Петухи будят нас по утрам, а со­вы и летучие мыши охотятся ночью, цветы одуванчика раскрываются утром и.за­крываются вечером. Многие органы и их системы высших животных и человека работают "как часы", т.е. в определенном ритме, заданном однажды и неизменном в течение всей жизни организма.

Природные ритмы любого организма можно разделить на внутренние (связанные с его собственной жизнедеятельностью) и внешние (циклические из­менения в окружающей среде).

Внутренние ритмы - это прежде всего физиологические ритмы организма. Ни один физиологический процесс не совершается непрерывно.

Синтез ДНК и РНК в клетке происходит ритмично, он связан с клеточным циклом (все клетки в процессе деления периодически проходят отдельные фазы: G- и S — фазы митоза). Таким образом, обновление ДНК и РНК в клетке ритмич­но. Сборка белков - также строго ритмичный процесс, который можно сравнить с работой конвейера.

Сокращение мышц, биение сердца, дыхание, работа желез внутренней сек­реции и т.д. - все это примеры ритмичных процессов организма. При этом каждая система органов имеет свой собственный период повторяемости, изменить кото­рый действием факторов внешней среды можно лишь в очень узких пределах. Та­кую ритмику, не зависящую от внешних условий, называют эндогенной. Ритмически осуществляя свои физиологические функции, организм как бы отсчитывает время и наступление каждой следующей фазы определяется временем. В этих процессах время выступает как важнейший экологический фактор.

Внешние ритмы имеют геофизическую природу, так как связаны с вращени­ем Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли. Под влиянием этого вращения множество экологических факторов на нашей планете, особенно свето­вой режим, температура, давление, электромагнитное поле атмосферы, океаниче­ские приливы и отливы закономерно изменяются.

Изучению ритмов солнечной активности и их влиянию на человеческое об­щество посвятил свои труды ученый, "Коперник XX века" - Александр Леонидо­вич Чижевский, столетие которого отмечалось 7 февраля 1997 года. Он был всесторонне образованным человеком ~ закончил археологический институт, учился на физико-математическом и медицинском факультетах МГУ, известен его поэтиче­ский дар. Соратник и друг К.Э. Циолковского, А.Л. Чижевский способствовал продвижению и популяризации его идей.

А.Л.Чижевский связал историю Вселенной с образованием человечества. В его научных исследованиях тесно переплелись общая биология, физиология, меди­цина, геофизика, метеорология, астрономия, история и социология. Им было сде­лано два открытия, положивших начало принципиально новым направлениям в науке и технике.

Первое - открытие биологического действия униполярных ионов воздуха. А.Л.Чижевский установил, что дефицит живого электричества ведет к патологии в любых биосистемах, их деградации и гибели. Аэроионы - необходимый фактор благополучного существования биологических существ. Эти полезные легкие отри­цательные ионы образуются на рассвете, при ярком солнце. И напротив, в городах и закрытых помещениях накапливаются тяжелые положительные ионы.

Чижевский изобрел технический способ "оживления" воздуха закрытых по­мещений. Сейчас продается "люстра Чижевского", позволяющая оздоравливать помещения.

Но самое выдающееся второе его достижение - открытие влияния космиче­ских факторов на процессы, происходящие в географической оболочке Земли- Он убе­дительно доказал, что 11-летний цикл солнечной активности непосредственно от­ражается на живых обитателях Земли. Это проявляется в 11-летних периодах вспышек массовых заболеваний людей, животных и растений, а также обострении различных стихийных процессов в различных сферах жизни, как биологической, так и социальной. Он собрал огромное число статистических данных и получил связную картину зависимости эпидемий, эпизоотии, сердечно-сосудистых катаст­роф и нервно-психических кризов в солнечно-земном мире. Более того, вспышки революционной активности масс, оказывается, также зависят от вспышек на солн­це и укладываются в И-летний цикл. Сейчас мы знаем, что в годы активного солнца увеличивается количество аварийных ситуаций (ДТП), количество присту­пов у больных шизофренией, наблюдаются вспышки эпидемий гриппа и т.д. А.Л.Чижевский писал: "Я пришел к мысли о том, что в данном случае мы имеем обычный процесс превращения энергии. Усиленный приток лучистой энергии Солнца превращается ... в переизбыток нервно-психической, эмоциональной энергии".

Итак, мы зависим от Солнца. Это проявляется и в других приспособитель­ных ритмах организмов - годичных, суточных (циркадных).

Ряд изменений в жизнедеятельности организмов совпадает по периоду с внешними геофизическими циклами. Это так называемые адаптивные биологические ритмы - суточные, приливно-отливные, равные лун­ному месяцу, годичные. Благодаря этим ритмам, самые важные биологические функции организма, такие как питание, рост, размножение совпадают с наиболее благоприятным для этого процесса временем суток или года. Адаптивные биологи­ческие ритмы возникли как приспособление физиологии живых существ к регу­лярным экологическим изменениям во внешней среде. Этим они отличаются от чисто физиологических ритмов, которые поддерживают непрерывную жизнедея­тельность организмов: дыхание, кровообращение, деление клеток и т.д.

Рассмотрим более подробно примеры отдельных биоритмов организма.

Суточные ритмы. Они обнаружены у разнообразных организмов, от однокле­точных до человека. Это ритмы с 24-часовой периодичностью. Их называют также циркадными ритмами. Такие ритмы врожденные, генетически обу­словленные.

Биоритмы — это периодические колебания какого-либо биологического процесса. Графически биоритмы можно описать синусоидой с определенной амплитудой и фазой колебаний.

У человека отмечено свыше 100 физиологических функций, затронутых су­точной периодичностью: сон и бодрствование, изменение температуры тела, объе­ма, химического состава мочи, мышечной и умственной работоспособности и т.д.

У амеб в течение суток изменяются темпы делений. У некоторых растений к определенному времени суток приурочены открывание и закрывание цветков, поднятие и опускание листьев, максимальная интенсивность дыхания и т.п.

По смене периодов сна и бодрствования животных делят на дневных и ноч­ных. Ярко выражена дневная активность у домашних кур, воробьиных птиц, сус­ликов, муравьев, стрекоз. Типично ночные животные - ежи, летучие мыши, совы, кабаны, большинство кошачьих, тараканы.

Некоторые виды имеют приблизительно одинаковую активность как днем, так и ночью.

Белки-летяги, для которых характерна сумеречная активность, просыпаются вечером синхронно, в строго определенный час. В условиях эксперимента, будучи помещены в полную темноту, белки сохраняют околосуточный ритм. Тем не менее, он может сбиваться, если не возобновлять чередование дня и ночи.

У человека циркадные ритмы изучались в различных ситуациях: в пещерах, герметических камерах, подводных плаваниях и т.п. Обнаружилось, что в отклоне­ниях от суточного цикла у человека большую роль играют типологические особен­ности нервной системы. Циркадные ритмы могут быть различными даже у членов одной и той же семьи.

У большинства видов при попадании их в другие географические пояса возможна перестройка циркадного ритма. Обычно она происходит не сразу, а за­хватывает несколько циклов и сопровождается рядом нарушений в физиологиче­ском состоянии организма. Например, у людей, совершающих перелеты на само­летах на значительные расстояния, наступает десинхронизация их физиологического ритма с местным астрономическим временем. Организм начинает перестраивать­ся,. При этом чувствуется повышенная усталость, недомогание, желание спать днем и бодрствовать ночью. Адаптивный период продолжается от нескольких дней до двух недель.

Десинхронизация ритмов представляет собой важную медицинскую пробле­му в организации ночной и сменной работы лиц ряда профессий, в космических полетах, подводных плаваниях, работах под землей.

Циркадные и суточные ритмы лежат в основе способности организма чувст­вовать время. Эту способность живых существ называют "биологическими часами" живых организмов, которые ориентиру­ют их не только в суточном цикле, но и в более сложных геофизических циклах изменений природы.

Приливно-отливные ритмы. Виды организмов прибрежной полосы живут в условиях очень сложной периодичности, когда на 24-часовой цикл освещенности накладывается еще чередование приливов и отливов, фаза которых смещается еже­дневно на 50 мин.

Устрицы во время отлива плотно сжимают створки и прекращают питание. Периодичность открывания и закрывания раковины у них сохраняется еще долгое время после перенесения их в аквариум.

Рыбка атерина, обитающая у берегов Калифорнии, использует в своем жиз­ненном цикле высоту приливов. В самый высокий прилив самки откладывают ик­ру у кромки воды, закапывая ее в песчаный грунт. С отступлением воды икра созревает во влажном песке. Выход мальков происходит через полмесяца и приурочен к следующему высокому приливу.

Периодичность, равная лунному месяцу - эндогенный ритм размножения онских лилий, часто служит сигналом к размножению, нерестованию многошенковых червей паоло. У человека отмечена склонность к кровотечениям у оперованных больных в зависимости от фаз Луны. Но приспособительное значение большинства эндогенных лунных ритмов пока неизвестно.

Годичные ритмы - одни из наиболее универсальных в живой природе.

Сезонные изменения представляют собой глубокие сдвиги в физиологии и по­ении организмов, затрагивающие их морфологию и особенности жизненного цикла. Очевиден приспособительный характер этих изменений.

Чем резче сезонные изменения внешней среды, тем сильнее выражена годо-: периодичность жизнедеятельности организмов. Осенний листопад, различные шаузы, спячка, запасание жиров, сезонные линьки, миграции развиты преимущественно в зонах умеренного и холодного климата, а в тропиках сезонная периодичность в жизненных циклах выражена менее резко.

Таким образом, наступление очередного этапа годичного цикла у живых организмов частично происходит в результате эндогенной ритмики, а частично сбывается колебаниями внешних факторов.

Одним из наиболее точно и регулярно изменяющихся факторов среды является длина светового дня, ритмы чередования темного и светлого периодов суток. Именно этот фактор служит большинству организмов для ориентации во время года.

Фотопериодизм - это реакция на сезонные изменения длины дня, ритм чередования светлого и темного периодов суток. Фотопериодизм растений и животных - наследственно обусловленное, генетически закрепленное свойство. Изучаем закономерностей сезонного развития природы занимается особая прикладная отрасль экологии - фенология.

Хронобиология, хрономеднцина. Новое направление в медико-биологической, которая изучает закономерности функционирования организма, всех жизненных процессов во времени.

Составной частью хронобиологии является учение о биологических ритмах.

Временная структура ритмов очень сложная. Можно сказать, что живому организму присущи одновременно все существующие ритмы. Необходимо учитывать индивидуальное течение биоритмов у каждого отдельно взятого человека. Так, например, есть люди "совы" и "жаворонки", что зависит от индивидуальных биоритмов.

Хрономедицина ставит своей целью использовать закономерности биоритмов для профилактики, диагностики и лечения болезней у человека. Прежде всего выявляется, есть ли какие-либо отклонения в нормальном течении биоритмических процессов.

Так, ученые медики выявили вполне четкую и конкретную связь в сдвигах суточных ритмов и гипертонической болезнью, язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки. В данном случае коррекция биоритмов помогает быстрее вылечить больного. За последние годы накоплен большой фактический материал о зависимости действия лекарственных веществ от фазы биоритма, В разных фазах суточных биоритмов различна чувствительность человека к лекарствам.

Для большинства гипотензивных средств наиболее эффективен их прием в 15-17 ч., г. е. в тот момент, когда начинается циркадный подъем артериального давления. Максимум аллергической реакции на пенициллин приходится на часы от 18.50 до 04 часов в течение суток. Одна и та же доза этилового спирта (или эндотоксина) в начале фазы активности организма может быть смертельной, а в начале фазы покоя — безразлична.

Приведем пример порога болевой чувствительности зубов: на прием к стоматологу лучше идти после полудня, а не утром.

Практика учета биоритмов применяется при лечении кортикостероидами -разрабатывают индивидуальные, либо для группы людей, схемы хронотерапии, и получают хорошие результаты лечения вегетососудистых расстройств, бронхиальной астмы. При этом введение гормональных препаратов имитирует нормальный биоритм секреции этих гормонов у здоровых людей.

Особенно важен учет биоритмов человека при лечении онкологических заболеваний, так как важно проводить химиотерапию с учетом фазы митоза раковых клеток, т. е. в той фазе, когда клетки наиболее чувствительны к данному препарату.

Сопротивляемость организма также имеет ритмичный характер: в разное время суток организм по-разному реагирует на патологическое действие химических, физических, биологических факторов окружающей среды. Известно, что в окружающей среде, да и в организме человека, находится достаточное количество микробов, чтобы заболеть в любую минуту. Однако, заболевание наступает часто тогда, когда мы не замечаем, но наша кривая сопротивляемости находится в нижней фазе. К тому же влияют внешние факторы (холод, ветер), которые могут уменьшить амплитуду сопротивляемости - и тогда микробы нас побеждают.

Установлено, что амплитуды ритмичных процессов связаны с возрастом -максимальные амплитуды наблюдаются в молодом и зрелом возрасте, а при старении происходит угасание амплитуд биоритмичных процессов и нарастают процессы внутренней десинхронизации.

Ритмы работоспособности. Колебания умственной работоспособности в период бодрствования изучаются более 100 лет. В экспериментах отмечено, что запоминание бессмысленных слов обычно быстрее происходит утром; умственная работоспособность повышается примерно до полудня, после полудня интеллектуальные и двигательные процессы имеют различные кривые : "собственно интеллектуальные" достигают максимума в середине дня, а "двигательные" функции повышаются на протяжении всего дня. У некоторых людей при выполнении задач, связанных с "быстрой переработкой информации" наблюдается, кроме утреннего еще и пик в 21 ч. Это так называемый "эффект   конца   работы".

Таким образом, изучение биоритмов человека имеет важное научное и прикладное значение, которое применяется в практической медицине. Биоритмы — это одна из сторон многообразного процесса адаптации живых организмов к меняющимся условиям окружающей среды.

 

ЛЕКЦИЯ 7

Экосистема, биогеоценоз и их характеристики

(2 часа)

Понятие об экосистемах и их границах; — правила функционирования экосистем; — компоненты и состав экосистем; — о цепях питания и типах экосистем; — смена биоценозов (экологическая сукцессия).

В природе все виды растений и животных распределяются не случайно, а всегда образуют определенные, сравнительно постоянные комплексы - природные сообщества.   Такие комплексы взаимосвязанных видов, обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существования, образуют   биоценоз.

Биоценоз неразрывно связан с факторами неживой природы (почва, влажность, температура, климат в целом), образуя вместе с ними устойчивую систему, между компонентами которой протекает круговорот веществ. Такой устойчивой саморегулирующейся системе академик В.Н.Сукачев дал название биогеоценоза. В последнее время такие системы называют экосистемами.

Экосистема — основное понятие экологии. Экосистемы — это любая совокупность взаимодействующих организмов и условий среды. Между экосистемами, как и между биогеоценозами нет четких границ, одна экосистема постепенно переходит в другую.

Рассмотрим пример саморегулирующейся системы, которая является частью другой, более крупной экосистемы. Муравейник в лесу — это организованный коллектив, где распределены обязанности и все "дела" четко увязаны со средой: одни (строители) — добывают стройматериалы из лесного опада, другие "доят" тлей, добывая нектар для малышей ( пример взаимопомощи и взаимозависимости), третьи следят за личинками, не выходя за пределы муравейника. Информация о любых изменениях в окружающей среде сразу же становится известной всей семье и немедленно принимаются меры для сохранения устойчивости этой системы. Саморегуляция любой экосистемы проявляется в том, что численность особей каждого вида поддерживается на определенном, относительно постоянном уровне.

Экосистема муравейника входит в состав лесного биогеоценоза (экосистемы лиственного или хвойного леса). Экосистема леса, если он расположен на берегу озера или вблизи реки, входит в состав водосборного бассейна, который представляет собой часть географического   ландшафта.

Географический ландшафт — это часть биосферы. Таким образом, все экосистемы Земного шара связаны между собой через атмосферу и Мировой океан, поскольку через них происходит постоянный круговорот энергии, продуктов жизнедеятельности, и составляют единое целое — биосферу.

Масштабы биогеоценотических группировок (экосистем) различны - от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев или разлагающегося пня (это "микросообщества"), до населения целых ландшафтов: лесов, степей, пустынь и т.п. Но для всех форм сообществ, больших и малых, характерны общие законы функционирования и развития.

1. Сообщества всегда состоят из готовых частей (представителей отдельных видов или комплексов взаимозависимых видов).

Части сообщества могут быть заменяемы. Один вид (или комплекс видов) может вытеснить другой со сходными требованиями к условиям обитания и занять его место. Например, одни виды злаков на лугу или в степи легко могут быть заменены другими, ковыль заменяется типчаком и т.п.

Интересы многих видов в биоценозе прямо противоположны (в отличие от отдельного организма, где существует согласованность в деятельности органов и тканей). Тем не менее, виды-антагонисты существуют в рамках единого сообщества.

Сообщества основаны на количественной регуляции численности одних видов другими, Например, численность травоядных зависит, с одной стороны, от количества растительной пищи, а с другой - от количества хищников.

Предельные размеры системы ограничиваются не внутренней наследственной программой, а внешними причинами. Так, биоценоз сосняка может занимать небольшой участок среди болот или простираться на огромной территории, если внешние условия однородны.

Биоценозы могут быть бедны или богаты видами. Видовая структура биоценоза - это разнообразие видов в нем и соотношение их численности или массы.

Так, в полярных арктических пустынях и северных тундрах при крайнем дефиците тепла, в безводных жарких пустынях, в загрязненных сточными водами водоемах сообщества сильно обеднены видами, так как один или несколько факторов среды сильно отклоняются от оптимального уровня. Здесь выживают виды с широкими пределами выносливости.

И наоборот, везде, где условия абиотической среды приближаются к оптимальным, возникают сообщества, чрезвычайно богатые видами. Примеры таких сообществ - тропические леса, коралловые рифы с их многообразным населением, долины рек в жарких районах и т.д.

При совместном произрастании растения, разные по высоте, занимают четко определенный ярус. Ярусность позволяет множеству растений существовать на одной территории и максимально использовать световые ресурсы среды.

Какие же компоненты входят в каждую экосистему?

Во-первых - живые организмы (их называют еще б и о т о й ).

Во-вторых — неживые (абиотические) факторы: атмосфера, вода, питательные элементы, свет и др.

В-третьих — мертвое органическое вещество, содержащееся в почве — детрит.

Все живые организмы экосистемы взаимодействуют между собой, обмениваясь веществом и энергией. Как это происходит?

По способу питания и запасания энергии все организмы делятся на а в -тотрофов (от греческих "аутос" — сам, "трофа" — питание) и гетеро-т р о ф о в (от греческого "гетерос" — другой).

К автотрофам относятся все зеленые растения и разнообразные водоросли. Автотрофы "сами себя строят" — создают органическое вещество и необходимые компоненты своего тела, используя энергию солнечных лучей, углекислый газ воздуха и минеральные компоненты, растворенные в почве. Автотрофы могут использовать также для синтеза органических веществ не только энергию Солнца, но и энергию химических связей — это хемоавтотрофы. Они утилизируют энергию, получающуюся при окислении соединений серы и железа (серо- и железобактерии). Очень важна их роль в экосистемах подземных вод.

Автотрофы — это продуценты экосистем, т.е. они производят пищевую продукцию, и запасают в ней энергию, которую затем потребляют и расходуют другие составляющие экосистемы.

Итак, внутри живого компонента экосистем можно выделить три группы организмов:

Состав экосистемы

Продуценты            Консументы         Редуценты

Гетеротрофы используют углерод органических веществ, которые синтезированы продуцентами, и вместе с этими веществами получают энергию. В экологических системах гетеротрофы являются консументами (от греческого "консуме" - потребляю).

Редуценты в экологических системах — это те организмы, которые разлагают органическое вещество до более простых соединений. По способу питания это тоже гетеротрофные организмы, т.е. употребляющие вещество и энергию, синтезированную другими.

Все три компонента тесно связаны в экологических системах, и животные (или растения), представляющие эти три группы, составляют пищевую цепь:

Органические вещества, созданные автотрофами, служат пищей (источником энергии) для гетеротрофов: консументы-фитофаги (питающиеся растениями), их поедают хищники первого порядка, которых в свою очередь - хищники второго порядка и т.д. В любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания всех организмов, разложения трупов животных и растительных остатков (которое осуществляется редуцентами) органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые снова возвращаются в атмосферу и почву и снова могут быть использованными автотрофами.

Но для переработки трупов редуцентам нужно время, поэтому в экосистеме всегда есть детрит - запас мертвого органического вещества. Детрит — это опад листьев на поверхности лесной почвы (сохраняется 2-3 года), ствол упавшего дерева (5-10 лет), гумус почвы (сохраняется сотни лет), отложения органического вещества на дне озера (сапропель) и торф на болоте (сохраняется тысячи лет). Наиболее долго сохраняющимися детритами являются каменный уголь и нефть.

Как уже было сказано, организмы разных трофических групп (т.е. с разными способами питания) связаны в процессе передачи пищи и энергии в пищевые цепи.

Например: листьями деревьев питаются гусеницы, ими птицы, последними - более крупные птицы-хищники. Но наряду с цепями передачи энергии через живое органическое вещество (продуцент - консумент), существуют детритные пищевые цепи, где используется мертвое органическое вещество. Так, при разрушении листового опада работает целый конвейер, в котором участвуют животные, грибы, микроорганизмы, дождевые черви, почвенные микроорганизмы.

Детритом - мертвым органическим веществом питаются жук мертвоед, перловица, мотыль, дафния (в водоеме).

Типы экосистем. Различают автотрофные и гетеротрофные экосистемы. В ав-тотрофных преобладают растения, они запасают энергию. Гетеротрофные используют готовую энергию.

Кроме того, существуют естественные (природные) и искусственные (антропогенные) экосистемы. Влияние человека на естественную экосистему незначительно, а искусственную он создает сам.

Искусственные автотрофные системы — это сельскохозяйственные поля, т.е. агроэкосистемы или хемоавтотрофные - это системы в некоторых биологических очистных сооружениях.

Естественные гетеротрофные — это экосистемы океанических глубин (животные и микроорганизмы существуют в них за счет "питательного дождя"), а также - высокогорные. Искусственные гетеротрофные экосистемы очень разнообразны:

·        города и промышленные предприятия (энергия поступает по линиям электропередач, нефте- и газопроводам; в цистернах автомашин и железнодорожных вагонах сырье и продукты питания поступают в город);

·        биологические очистные сооружения (получение биогаза);

·        фабрики по разведению дождевых червей;

·        плантации шампиньонов;

·        рыборазводные пруды (остатки пищи горожан превращаются в биомассу);

·        фермы по производству устриц, морских гребешков, рыб; выращиванию жемчужных раковин, морской капусты — водоросли ламинарии;

·        в США - "Биосфера-2" — площадью 1 га;

·        экосистемы космических аппаратов.

Естественным и искусственным экосистемам свойственна сукцессия, т.е. смена биоценозов.

Так как в экосистеме одни виды могут заменяться другими — в результате, новые виды вытесняют те, которые были раньше — так и происходят сукцессии. Они бывают обусловлены внутренними и внешними факторами.

Сукцессии, происходящие под влиянием внутренних факторов.

Зарастание скал: поверхность горной породы разрушается, сначала поселяются лишайники, бактерии, грибы, затем животные, травы, кустарники и деревья. Характерный пример: деревья (березки) поселяются на старых каменных зданиях, водонапорных башнях, разрушенных замках и т.д.

Зарастание озера: происходит отмирание остатков растений и животных, которые оседают на дне, озеро мелеет, растения с берегов распространяются к центру и озеро превращается в низинное болото.

Зарастание обочин дорог, железнодорожного полотна, восстановление леса после вырубки, зарастание земель вокруг строительных площадок и отвалы пустой породы около горных карьеров (Урал, Кузбасс).

Вначале селятся однолетние травы, затем многолетние, кустарники и лес. Иногда таким землям помогает человек, он проводит рекультивацию, т. е. завозит дерн или семена луговых трав и сено).

Сукцессии, происходящие под влиянием внешних факторов.

Факторы, вызывающие сукцессию, связаны чаще всего с деятельностью человека:

а)       выпас скота - луговые травы меняют видовой состав, более низкорослые сменяются на розеточные;

б)      в лесах, где люди отдыхают, вытаптываются высокие травы, остаются только устойчивые: мятлик, подорожник, птичья гречиха; ухудшаются условия для всходов, повреждается корневая система, из-за уплотнения почвы засыхает лес;

в)      в озерах, если попадают минеральные удобрения, исчезают водные растения, растущие в чистой воде, водоем заполняет ряска, начинают размножаться сине-зеленые водоросли, вода зацветает , исчезает большинство видов рыб, остаются ротаны.

Таким образом, экосистемы, различающиеся по типам, всегда состоят из одних и тех же трех обязательных компонентов: продуцентов, консументов, редуцентов. Функционирование экосистем подчинено определенным правилам. Под влиянием внутренних или внешних факторов может происходить смена биоценозов — экологическая сукцессия.

 

ЛЕКЦИЯ 8

Автотрофные экосистемы. Агроэкосистемы и другие виды искусственных систем. Земельные ресурсы и продукты питания. Загрязнения в сельскохозяйственных экосистемах.

(2 часа)

Виды естественных экосистем; — агроэкосистемы; — земельные ресурсы; — загрязнения агроэкосистем и продуктов питания; — зеленые революции.

Автотрофные экосистемы могут быть естественные и искусственные. Назовем несколько видов автотрофных естественных экосистем:

I.       Лесные, по виду лесов различают:

- хвойные (еловые, сосновые, пихтовые, кедровые, лиственничные. Занимают северную часть России - тайгу;

- широколиственные и смешанные: основные породы - дуб, липа, вяз;

- мелколиственные — береза, ольха, осина;

- пойменные леса в речных долинах - ива, тополь, ольха.

II.      Степные и луговые экосистемы - составляют основу пастбищ и сенокосов (в основном это злаковые травы). Люди создают искусственные пастбища, высевая ежу сборную, овсяницу луговую, тимофеевку луговую, лисохвост луговой, клевер луговой, люцерну.

III.     Экосистемы тундр — их продуктивность низкая, растительный покров сформирован осоками, низкими кустарниками, карликовыми ивами и березами. Но эти экосистемы дают значительное количество вторичной биологической продукции. Главное богатство тундр — северные олени и песцы, питающиеся мелкими грызунами - леммингами. В последнее время в тундрах добывают много нефти, загрязняя тем самым экосистемы. В озерах тундры и лесотундры раньше добывали 18,5 тыс. тонн рыбы в год, загрязнение же сделало их практически безрыбными. Подсчитано, что стоимость добытой нефти ниже, чем стоимость загубленных экосистем.

IV. Болотные экосистемы - это тоже наше богатство, это запасы детрита — торфа. На самых бедных субстратах может жить мох-сфагнум, образуя сфагновые болота. Нить мха-сфагнума содержит большое количество мертвых клеток, способных впитывать много влаги. Вес влажного мха в 20 раз больше веса сухого. Эти свойства сфагнума используют в медицине - его прикладывают для очищения ран. Болота - прекрасные санитары сельскохозяйственных экосистем. Стекающая в них вода содержит удобрения, остатки пестицидов, разлитые нефтепродукты, навозные стоки, а вытекающий из болота ручей полностью очищен от вредных примесей. Кроме того, на болотах живут редкие промысловые животные, такие как ондатра, заяц-беляк, лось, гнездятся и кормятся утки. Главная же польза болот -сохранение воды и улучшение ее качества.

Агроэкосистемы антропогенные или искусственные экосистемы — это сельскохозяйственные угодья; человек, распахивая часть земель, высевает сельскохозяйственные культуры, создает сенокосы и пастбища, разводит сельскохозяйственных животных.

Агроэкосистемы автотрофны, их основной источник энергии - солнце. Дополнительной энергией является та, которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д. Агроэкосистемой является любой совхоз, колхоз или ферма.

Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из трех основных трофических групп: продуцентов, консументов, редуцентов.

Продуценты — культурные растения, травы сенокосов и пастбищ, деревья садов, лесопосадок, а также спутники культурных растений — сорняки.

Консументы ~ человек и сельскохозяйственные животные. К группе консументов относятся вредители полевых культур (от насекомых до сусликов и хомяков), паразиты, полезные насекомые — хищные и опылители, птицы, а также организмы - симбиотрофы (микоризные грибы, азотфиксаторы).

Редуценты — в основном бактерии, поддерживающие плодородие почв, превращающие пожнивные остатки в гумус и перерабатывающие вносимый навоз. Но есть в почве и бактерии-денитрификаторы, которые способствуют выведению азота из почвы.

Человек контролирует не все живое население агроэкосистемы, часть видов проникает и живет в них помимо его воли (вредители, сорняки).

Человек в агроэкосистеме - консумент-фитофаг (питается растениями) и зоофаг (использует молоко и мясо). Он формирует структуру и состав агроэкосистем, исходя из своих интересов. Все компоненты таких систем тесно связаны, хотя в них и не возникает полного экологического равновесия, как в природных. Это равновесие должен поддерживать сам человек — иначе произойдет разрушение ресурсов экосистемы.

Человек, применяя специальные методы контроля плотности популяции сорняков, защищает культурные растения, т.е. использует гербициды. Для уничтожения вредных насекомых применяют яды-инсектициды. Но существуют также и биологические меры борьбы: паутинный клещик поедает тлю, мушка-трихограмма откладывает яйца в личинки гусениц-вредителей (одна мушка может отложить 25-150 яиц). На цитрусовых живет вредитель, от которого чуть полностью не погибли плантации в Калифорнии, когда случайно завезли червеца (вредителя) из Австралии. Пришлось завозить и его естественного врага - хищного жука радонию.

Агроэкологи стремятся сформировать в агроэкосистеме подобие равновесия - систему полезных симбиотических связей, главные звенья которой — хищные насекомые и насекомоядные птицы. Для того чтобы они могли где-то укрываться и размножаться, посреди полей полезно оставлять островки леса, овраги, лесные полосы.

Земельные ресурсы и продукты питания. Основной вопрос плодородия - это обеспечение непрерывного круговорота веществ в почве. Для этого люди вводили разнообразные системы севооборота: самая древняя — подсечно-огневая. Участок выжигали, полученную золу равномерно распределяли по полю и поле засевали. Через 3-4 года после того, как земля обеднеет — поле забрасывали и выжигали под посев новый участок. Спустя 8-10 лет люди возвращались к заброшенному участку и цикл повторялся. При кажущемся варварстве эта система не нарушала природного равновесия при условии разумного чередования выжигаемых участков. Позже стали применять севообороты, т.е. чередование культур: озимые — яровые — пар. С этого момента сорняк превращается в главного врага земледельца. Ведь сорняк -это растение-пионер, и благодаря ему происходит восстановление растительных сообществ в изменяющихся условиях среды. Борьба с сорняками отчасти и создала кризисную ситуацию: избыток ядохимикатов на полях.

Современные экологические проблемы сельского хозяйства - переуплотнение почв, эрозия, загрязнение почв и био продукции, потеря плодородия почв и т.д. - это результат интенсификации сельского хозяйства XX века, когда вся система работает как бы в " допинговом режиме".

Мы не бережем свои почвы - главный ресурс и богатство биосферы. А нам с почвами повезло — мы обладаем величайшим даром в виде чернозема — "царя" почв. Эталон черноземных почв — это курский чернозем. Даже немцы во время оккупации, понимая, в чем главное богатство страны, вывозили из России наши почвы — черноземы. Сейчас же мы теряем тысячи и тысячи гектаров ранее плодородных земель, превращенных в списанные почвы.

Причина — в неразумной хозяйственной деятельности. Это применение тяжелой техники — почва теряет структуру; глубокая пахота - расширение ресурсной базы за счет целинных земель, которые сейчас потеряли плодородие; загрязнение и "кислотные дожди"; применение химических удобрений.

Использование химических удобрений - это антиприродный шаг. Неумеренное и неправильное их внесение приводит к загрязнению биосферы, ее почв и вод, губительно отражается на здоровье человека.

Так появилась проблема нитратов, фосфатов, заболачивания озер. Есть предположение, что и акселерация у детей вызвана применением азотных удобрений. Загрязненная азотом биопродукция (картофель, капуста и т.д.) не подлежит длительному хранению, так как на ней активно поселяется микрофлора, и продукция начинает гнить.

Известно, что нитраты накапливаются в разных частях сельскохозяйственной продукции: в корнеплодах свеклы — в верхней части; у капусты — в кочерыжке; у моркови — в средней, желтой части, поэтому для питания детей среднюю часть обычно не используют.

Больше всего нитратов накапливают все виды салата, петрушка, редис; меньше — огурцы, арбузы, дыни, помидоры, баклажаны, картофель.

В мелких клубнях картофеля нитратов больше, чем в крупных, и сосредоточены они под кожурой. Поэтому картофель, выращенный с применением азотно-минеральных удобрений, не стоит варить "в мундире", а лучше — очищать.

Рассмотрим сельскохозяйственные загрязнения.

Загрязнение воды стоками животноводческих ферм. Навоз должен содержаться в специальных хранилищах и быть подготовлен к внесению в почву в виде компоста.

Загрязнение почвы пестицидами и их остатками. Большая часть пестицидов и продуктов их неполного разложения токсична для человека. Загрязнение почвы тяжелыми металлами. Вместе с фосфорными удобрениями в почву попадают примеси в виде тяжелых металлов — кадмия, кобальта, цинка и др.

Загрязнение почвы и продуктов питания нитратами. Нитраты, попадая в организм человека с продуктами, нарушают работу кровеносной системы, что особенно опасно для детей грудного возраста, а превращаясь в сложные комплексные соединения, называемые нитрозными, в большинстве своем канцерогены, могут вызывать онкологические заболевания.

Итак, почвы наши подвергаются все большей деградации, плодородие юс падает.

Выход — в создании новых, высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур и высокопродуктивных пород животных. Используя новые сорта, можно получать большие урожаи, даже не увеличивая площади обрабатываемой земли. Такое явление было названо "зеленой революцией". Таких революций было две. Первая произошла в 60-70-е годы нашего столетия, когда мексиканский селекционер Норман Берлог вывел сорт пшеницы "Мексикале", который давал урожай в три раза выше, чем старые сорта. Вслед за ним начали выводить высокоурожайные сорта кукурузы, сои, риса и других сельскохозяйственных культур.

Вместе с тем вводились новые системы обработки почвы, высокие дозы минеральных удобрений, полив, пестициды и монокультура (выращивание на одном месте много лет подряд одной культуры).

Появились и высокопродуктивные животные (например, бройлеры), которые очень быстро росли, а потому требовали введения в рацион не только много кормов, но и витаминов, антибиотиков — для быстрого наращивания биомассы, а также стимуляторов роста.

Первая зеленая революция была особенно успешной в странах тропического пояса, где растения выращивают круглый год, и поэтому доход от новых сортов был огромный.

Наряду с увеличением урожаев резко ухудшилось состояние почв, возникла проблема загрязнения биопродукции нитратами, пестицидами, а животных - антибиотиками и химическими стимуляторами, которые накапливались в мясе.

Поэтому с середины 80-х годов ученые заговорили о второй "зеленой революции" - новые сорта будут выводиться на основе местных популяций ("народные сорта"), которые устойчивы к болезням и засухе, не требуют большого количества удобрений. Для этого будут использоваться не десять, а многие десятки видов растений. Уменьшатся площади пахотных земель.

В выведении новых сортов помогут такие области науки, как биотехнология (выращивание безвирусного картофеля, клубники), и генная инженерия, а также разведение редких видов (орхидей, гвинейских масличных пальм), - что делается на уровне отдельных клеток. Создаются банки семян для того, чтобы иметь огромное количество исходного материала для манипуляций и сохранения биоразнообразия.

"Зеленая революция" обещает большие выгоды от растений, полученных методами генной инженерии, которые способны выдерживать засуху, засоление почв, устойчивы к насекомым-вредителям и болезням.

 

ЛЕКЦИЯ 9

 Экологические взаимоотношения организмов

(2 часа)

Об экологическом равновесии и экологических нишах; — типы экологических взаимодействий: нейтрализм, комменсализм, конкуренция, хищничество, паразитизм.

Все составные компоненты экосистем находятся в постоянном взаимодействии. Однако любая экосистема чрезвычайно устойчива и ее составляющие строго сбалансированы, другими словами, в биогеоценозах соблюдается экологическое равновесие.

Экологическое равновесие — это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность ее биотической части (растений, животных, грибов, водорослей, бактерий) соответствует абиотическим условиям - почве и климату.

Но все же изменения в экосистемах происходят - они бывают обратимые и необратимые.

Обратимые происходят в течение года с весны до весны. При таких изменениях видовой состав экосистем сохраняется.

Необратимые называются экологическими сукцессиями. При этом меняется видовой состав организмов экосистемы. Роль одних видов увеличивается, других - уменьшается. Изменение количества особей разных видов в экосистеме напоминает движение маятника, но амплитуда обычно такова, что экологическое равновесие не нарушается. Равновесие проявляется в следующем:

·        в постоянстве циклов питательных элементов: весь углерод, азот, усвоенный экосистемой из атмосферы, возвращается в нее;

·        в полном рассеивании поступившей в экосистему энергии, вся энергия, усвоенная экосистемой, после прохождения по цепям "продуцент — консументредуцент" рассеивается, т.е. "сжигается " в процессе дыхания.

Равновесие в экосистемах достигается также благодаря тому, что каждая экологическая группа видов занимает свою экологическую нишу. Что такое экологическая ниша? Это комплекс биоценотических связей какого-то вида и требований к абиотическим факторам среды. Это не просто "местообитание", потому что экологическая ниша определяется не только абиотическими условиями среды, но и окружением в биоценозе.

У близкородственных видов, живущих вместе, обычно наблюдаются очень тонкие разграничения экологических ниш. Так, пасущиеся в саваннах копытные по-разному используют пастбищный корм: зебры обрывают в основном верхушки трав, антилопы гну кормятся тем, что оставляют зебры, газели выщипывают самые низкие травы. Такое же "разделение труда" в южно-европейских степях осуществляли когда-то дикие лошади, сурки и суслики. Так происходит разделение животных по разным экологическим нишам.

Кроме того в экосистемах представлены организмы, по-разному использующие питательные вещества и энергию

Лвтотрофные организмы экосистемы усваивают солнечную энергию и производят первичную биологическую продукцию.

Гетеротрофы перерабатывают эту первичную биологическую продукцию во вторичную.

Редуценты разлагают органическое вещество, возвращая минеральные элементы в почвенный раствор.

В этом сложившемся "производстве" участвуют популяции разных видов. Каждая занимает некоторое пространство и все они потребляют разные ресурсы в разное время суток или сезонов года.

Разделение между популяциями пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш. Например, у представителей разных видов рационы питания различны: птицы поедают плоды и семена растений, насекомых, червей; грызуны - траву, зерно; млекопитающие — животных и растения. Легко понаблюдать дифференциацию экологических ниш в экосистеме водоема: одни организмы обитают в поверхностных слоях (медузы, планктон), другие ведут придонный образ жизни (бентос, камбала). У разных видов планктона и бентоса пища неодинакова.

Ярусность в лесу - пример дифференциации экологических ниш у растений. Растения имеют один тип питания — минеральные компоненты почвы, углекислый газ и солнечный свет. Тем не менее, их ниши дифференцированы — есть светолюбивые и тенелюбивые, ярусность наземная и подземная; им требуются различные элементы питания и неодинаковое количество воды; они в разное время цветут и плодоносят; каждое растение имеет собственных опылителей - это и означает, что все виды имеют разные экологические ниши. Особенно хорошо заметна ярусность в лесах. Например, в еловых лесах выделяются древесный, травяно-кустарничковый и моховой ярусы. Пять — шесть ярусов можно выделить и в широколиственном лесу: первый - образован деревьями первой величины (дуб, липа, клен); второй -деревьями второй величины (рябина, дикие яблоня и груша, черемуха); третий -подлеском (лещина, крушина, жимолость); четвертый - высокими травами (борец, чистотел); пятый — более низкими травами (сныть, осока); шестой - низкими , стелющимися травами (копытень).

Ярусность позволяет растениям более полно использовать световой поток: под пологом высоких растений могут существовать теневыносливые, вплоть до тенелюбивых растений. Такую же ярусность можно наблюдать и в почве. Подземная ярусность фитоценозов связана с разной глубиной укоренения растений, входящих в их состав. В лесах можно наблюдать несколько ( до шести) подземных ярусов.

Животные также связаны с тем или иным ярусом растительности. Белка и соболь, например, живут в верхних ярусах, но могут спускаться вниз - за грибами и ягодами. Некоторые виды животных вообще не покидают своего яруса. Так еж никогда не будет взбираться по деревьям. Дифференциация ниш у животных может сопровождаться сигналами, извещающими о том, что участок занят ( волки и лисы " метят" стволы деревьев, птицы поют). Некоторые растения выделяют в атмосферу или в почву вещества, препятствующие росту других растений.

Биологический смысл дифференциации ниш - снижение конкуренции и возможность сосуществования различных   видов.

Кроме того, что все живые организмы, составляющие экосистему, стремятся занять свою экологическую нишу, представители отдельных популяций вступают в кратковременное либо в длительное, постоянное взаимодействие друг с другом. Виды этих взаимодействий могут быть самыми различными.

В сообществах организмы одной популяции могут питаться особями другой, или использовать их как среду обитания в случае паразитизма; один вид может испытывать на себе влияние продуктов жизнедеятельности другого.

Если две популяции не влияют друг на друга, а их отношения нейтральны, тогда вид взаимодействия называют нейтрализмом. Но это встречается очень редко.

Форма взаимоотношений, при котором один вид использует другой, и последний при этом не получает ни вреда, ни пользы, называется комменсализм. Это явление можно наблюдать, когда крупные млекопитающие (собаки, лоси) распространяют семена растений, имеющих зацепки (как у репейника), не получая при этом ни вреда, ни пользы.

Существует несколько видов комменсализма.

"Нахлебничество" — потребление остатков пищи хозяина. Таковы отношения львов и гиен, подбирающих остатки недоеденной пищи, или акул с рыбами-прилипалами.

"Сотрапезничество" — потребление разных веществ или частей одного и того же ресурса. Например, это взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий-сапрофитов, перерабатывающих разные органические веществах из перегнивших биологических остатков, и высшими растениями, потребляющими образовавшиеся при этом минеральные соли.

"Квартиранство" - использование одними видами других (их тел или жилищ) в качестве убежища или жилища. Такой тип взаимоотношений широко распространен у растений. Примером могут служить лианы и орхидеи, лишайники, мхи, поселяющиеся на стволах и ветвях деревьев. В норах грызунов обитают многие виды членистоногих. Некоторые рыбы прячутся под зонтиком медуз стрекатальными нитями.

Часто организмы взаимодействуют друг с другом таким образом, что получают от этого взаимную пользу, два организма ведут совместную жизнь и их отношения в этом случае называются симбиозом. Степень связи партнеров может быть различной: более или менее тесной.

Так, совместное сожительство может выражаться как кооперация. Пример — опыление пчелами луговых растений, и те и другие не могут жить друг без друга.

Более тесные симбиотические связи называется мутуализмом. Пример -узкоспециализированные к опылению растения (инжир, купальница, дурман, орхидные) опыляются насекомые строго определенного вида. Еще один пример -птицы кормятся насекомыми-паразитами на коже носорога, а их взлет, в свою очередь, служит ему сигналом опасности.

И, наконец, собственно симбиоз предполагает очень тесное сожительство организмов, даже с элементами паразитизма. Классический пример — лишайники, известный симбиоз водорослей и грибов (организму присущи одновременно черты водоросли и гриба, что позволяет относить их по одним систематическим признакам к водорослям, по другим к грибам). Одно несомненно — извлекая взаимную пользу из такого сотрудничества, лишайники достигли огромного видового разнообразия (их более 20 тысяч видов), получили способность жить в самых суровых условиях: в полярных областях, на голых скалах, коре деревьев, в высокогорьях.

Клубеньковые бактерии на корнях бобовых, обогащающие азотом корневую систему и проводящие реакции нитрификации — еще один пример симбиоза.

Следующий пример: термиты и их кишечные сожители — жгутиковые. Последние вырабатывают фермент, разлагающий клетчатку. Сами термиты таких ферментов не имеют и без симбионтов погибают. Известный пример симбиоза -грибы и деревья, когда грифы грибов (микориза) проникают в сосудистую систему деревьев, и те и другие специализируются на усвоении и разложении своих классов питательных веществ (подосиновики, подберезовики, маслята).

Но не всегда все так дружно в отношениях различных организмов. Иногда их взаимоотношения носят "обостренный" характер, основанный на взаимном отрицании. Такие отношения называют конкуренцией, т.е. соперничеством, соревнованием. Это бывает в тех случаях, когда две популяции используют одни и те же ресурсы среды. Так, например, все растения борются за свет, влагу, питательные вещества почвы, а животные — за пищевые ресурсы, убежища ( если они в дефиците), и в конечном счете - за территорию.

Конкуренция между особями одного вида называется внутривидовой, а между особями разных видов — межвидовой. Как правило, из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями один обязательно вытесняет другой.

Примеры межвидовой конкуренции: в Европе в поселениях человека серая крыса совершенно вытеснила другой вид - черную крысу, которая теперь живет в лесных и пустынных районах. В Австралии обыкновенная пчела, завезенная из Европы, вытесняет маленькую, туземную, не имеющую жала. В Австралии можно наблюдать очень много примеров необычайно широкого распространения животных, завезенных из Европы.

Происходит разделение мест обитания вследствие конкуренции, которая способствует повышению устойчивости сообществ, более эффективному использованию имеющихся ресурсов.

У растений в конкурентной борьбе за свет преимущество получает тот вид, который либо быстрей растет и раньше становится облиственным, либо имеет морфологические особенности (длинный черешок, большая листовая пластинка), позволяющие улавливать больше света.

Пример внутривидовой конкуренции: самоизверживание растений в лесу. Например, появляется множество всходов елочек из семян. С течением времени видна разница в росте, те, которые растут быстрее, получают больше света и опережают в росте других, более слабых. Наконец, более высокие совсем затеняют мелкие, и последние засыхают и гибнут. Таким образом, побеждает более сильная особь. Конкуренция регулирует плотность популяции.

Кроме конкуренции существует и взаимопомощь. Так ель восстанавливается после уничтожения только в том случае, если ей помогут "растения-няни" - береза или ивы. Но в конце концов "няня" погибает, ее затеняют взрослые ели.

Еще один вид отношений организмов — хищничество — когда представители одного вида уничтожают, поедая представителей другого вида. Для хищников характерно охотничье поведение, когда он сам ловит свою добычу.

Но, например , насекомоядные птицы могут и не охотиться за своей добычей, а отыскивать и собирать ее в траве, на земле, деревьях.

Хищниками могут быть не только животные, но и растения. Например, росянка, а также пузырчатка охотятся и питаются насекомыми.

Последний вид из рассматриваемых взаимоотношений организмов — паразитизм, когда один организм живет за счет питательных веществ и тканей другого. Обычно паразит использует живого хозяина не только как источник пищи, но и как место постоянного или временного проживания.

В отличие от хищничества, при паразитизме хозяин погибает не сразу, а испытывает угнетение и ослабление в течение длительного времени.

Зараженные растения и животные менее продуктивны и раньше умирают, и таким образом, паразиты регулируют плотность популяции хозяев. Паразиты характеризуются тремя основными особенностями:

- в течение своей жизни они нападают всего на одну особь и поедают только часть вещества своей жертвы (хозяина);

- обязательно живут в теле или на поверхности тела своего хозяина, поэтому они обычно намного мельче его;

- теснее связаны со своим хозяином, чем хищник с жертвой, ввиду узкой специализации.

Паразиты животных: ленточные черви, печеночная двуустка, вши, клещи, вирус кори, туберкулезная палочка.

Паразитов растений называют еще фитопатогенами: повилика, заразиха (на подсолнухе), фитофтора — на картофеле, филлоксера — на винограде, вирус табачной мозаики, головневые и ржавчинные грибы на ржи и пшенице.

Кроме истинных паразитов существуют паразитоиды - например, наездник - это насекомое ведет свободный образ жизни, но яйца откладывает в тело личинки другого насекомого или в тело пауков и моллюсков. Личинки наездника, вылупившись из яиц, питаются тканями своего хозяина и, в конце концов, почти целиком съедают его. Паразитоиды, как и настоящие паразиты, не вызывают быстрой гибели хозяина, убивают его постепенно.

Существует особая категория микропаразитов. Это бактерии, вирусы (возбудители кори, тифа, листовой мозаики культурных растений). К этой группе относятся и представители простейших, например, возбудитель малярии — малярийный плазмодий.

Таким образом, взаимоотношения организмов внутри экосистемы имеют много возможностей и вариантов. При этом существуют правила: выживает сильнейший и каждый приспосабливается как может.

 

ЛЕКЦИЯ 10

Биосфера. Учение В.И.Вернадского о биосфере и ноосфере Круговорот элементов в биосфере

(2 часа)

Общие сведения о биосфере; — В. И. Вернадский о биосфере; — о биологических циклах углерода, кислорода, азота, фосфора; — о глобальных проблемах биосферы.

Самой большой экосистемой является биосфера Земли - оболочка планеты, заселенная живыми организмами. Сведения о толщине биосферы различны. Но одно сравнение верно, что биосфера no-сравнению с диаметром Земли (13 тыс. км) подобна кожице на большом яблоке.

Над поверхностью моря (или суши) живые организмы распространены примерно на высоте до 6 км, в толщу суши они опускаются на J5 км и на 11 км в глубь океана; следовательно, общая толщина биосферы составляет около 20 км.

Биосфера состоит из следующих оболочек Земли: литосферы (в состав которой входит почва), гидросферы (реки, озера, моря, океаны) и тропосферы (нижняя часть атмосферы). Но жизнь в этих слоях биосферы распределена неравномерно -основная масса живого вещества сосредоточена в поверхностном слое суши (50-100 м) - это высота лесного полога, а в океане — поверхностные слои воды (10-20 м). В этих слоях сконцентрировано больше 90% биомассы растений и животных.

Учение о биосфере, как особой оболочке Земли, создал русский ученый В.И.Вернадский.

В.И.Вернадский еще в молодости заинтересовался вопросом о влиянии организмов живой природы на ее мертвую, или, как он называл позднее, "косную" материю. Свою статью по почвоведению, написанную им в 1884 году в бытность студентом и участником почвенных экспедиций В.В.Докучаева, он посвятил описанию влияния сурков, сусликов и других землероющих животных на мощность, строение и состав почвенного покрова.

До середины 30-х годов В.И.Вернадский считал все компоненты биосферы, в частности, количество живого вещества в ней, постоянными на протяжении всей геологической истории Земли. Деятельность человека он рассматривал как чуждую биосфере, наложенную на нее извне. Однако с середины 30-х годов В.И.Вернадский пересмотрел эту точку зрения, признал качественную и количественную эволюцию биосферы и стал намечать основные этапы такой эволюции. С этого времени он и вмешательство человека в дела природы стал рассматривать как исторически обусловленный, качественно новый этап развития биосферы. При этом он был уверен, что расхищение природных ресурсов, характерное для ранних стадий развития капиталистического общества, явление временное, связанное с недостатком знаний и низким культурным уровнем населения. В.И.Вернадский считал, что при разумном отношении к антропогенному преобразованию природной среды суммарные ресурсы биосферы могут возрастать быстрее, чем возрастает численность человечества, и что такая разумно преобразованная биосфера сможет удовлетворить материальные и духовные потребности человечества.

Термины "ноосфера" и "биосфера" не принадлежат В.И.Вернадскому (их предложил французский математик и физик Э.Леруа после того, как им был прослушан курс лекций В.И.Вернадского по геохимии). "Н о о с " — древнегреческое название человеческого разума. Следовательно, ноосфера — это сфера человеческого разума. В дальнейшем употребление термина "ноосфера" связано с именем В.И.Вернадского.

В.И.Вернадский доказал, что за 4 млрд. лет существования на планете Земля живые организмы вызвали огромные преобразования, полностью изменив облик нашей планеты: сделали ее зеленой, создали огромные запасы энергетических веществ - нефти, каменного угля, торфа; в морях образовали коралловые рифы и целые острова; создали голубую пелену нашей планеты, т.е. слой воздуха, в котором велика доля кислорода.

Под влиянием и при участии жизнедеятельности организмов в биосфере происходит круговорот воды, кислорода, углерода, азота и других веществ. Такой обмен элементами различных слоев биосферы обеспечивает возможность жизни в ней живых существ.

Рассмотрим некоторые циклы элементов.

Цикл углерода. Углерод (С) - основа всех органических соединений. В атмосфере постоянно происходит обмен СО2, поглощение его растениями при фотосинтезе и выделение всеми организмами при дыхании. Кроме того, углерод поступает в атмосферу из детрита: торфа, сапропеля, что является результатом деятельности микроорганизмов на болотах. Углерод в виде СО2 поступает в атмосферу также при сжигании топлива (каменного угля, нефти, газа) или при извержении вулканов - это приводит к повышению содержания СО2 в атмосфере. Пока еще наши леса справляются с поглощением этого дополнительного диоксида углерода в атмосфере, тем более, что часть его поглощается и поверхностью океана, где обитает фитопланктон (зеленые водоросли).

Но если площадь лесов будет сокращаться, а океан загрязняться, возникнет проблема "парникового эффекта", когда в результате избытка СО2 и других газов, загрязняющих атмосферу, наша планета будет как бы покрыта пленкой (как в парнике). Такое "пленочное" покрытие пропускает к Земле солнечные лучи, но задерживает отраженное ее поверхностью тепло. В результате произойдет потепление климата, может начаться таяние льдов Арктики и Антарктики, горных ледников. Это вызовет подъем уровня Мирового океана на несколько метров. Низменности прибрежных районов будут затоплены, а в странах, удаленных от океанов, участятся засухи, снизится урожайность сельскохозяйственных культур, что может привести к голоду. В результате затопления могут погибнуть такие государства, как Бангладеш и Нидерланды, на территориях которых проживает сейчас 1 млрд. человек.

Такие нежелательные последствия может вызвать вмешательство человека в естественный цикл углерода в биосфере.

Цикл кислорода. Кислород выделяют растения в результате фотосинтеза, а поглощают его все живые организмы при дыхании. До появления цивилизации эти процессы находились в равновесии. Сейчас происходит дополнительное расходование кислорода при сжигании горючего в автомобилях, двигателях самолетов, топках электростанций. При уменьшении площади лесов равновесие в цикле О2 может резко нарушиться.

Цикл азота. Азот - один из важнейших биогенных элементов, составная часть белков, наряду с углеродом. В основном атмосфера состоит из азота, но это инертный газ, который не доступен большинству организмов. Превращение азота в доступные растениям формы происходит при грозовых разрядах. Его усваивают также микроорганизмы - азотофиксаторы (клубеньковые бактерии).

В атмосферу азот из разложившихся белков поступает при участии микроорганизмов - денитрификаторов, которые "работают" в почве. При распашке земель резко (в пять раз) уменьшается активность фиксации азота микроорганизмами и активизируются денитрифицирующие микроорганизмы - в результате уменьшается содержание азота в почве, что снижает ее плодородие.

Цикл фосфора. Фосфор содержится в горных породах и попадает в экосистемы при разрушении горных пород либо при внесении на поля фосфорных удобрений. Растения поглощают соединения фосфора из почвы, от растений, по пищевым цепям фосфор поступает к животным и накапливается в их тканях. Перерабатывая мертвые ткани растений и животных в детритных цепях, микроорганизмы возвращают фосфор в почвенный раствор. Однако часть фосфора вымывается из почвы и по ручьям и рекам поступает на дно морей и океанов. Из этих хранилищ фосфор почти никуда не тратится, лишь небольшую его часть выносят на сушу птицы, питающиеся рыбами. В океаны ежедневно вымывается 14 млн. т фосфора, а с рыбой через птиц возвращается 0,1 млн. т, т.е. в отличие от замкнутых циклов воды, углерода и кислорода, цикл фосфора — открытый. С суши фосфор постоянно выносится в океан. Запасы фосфора в горных породах истощаются, возникает проблема его дефицита. Решение этой проблемы лежит в экономном внесении удобрений.

Итак, мы рассмотрели важнейшие циклы некоторых веществ, необходимых для построения живого компонента биосферы. Живые организмы способны накапливать многие элементы и сложные вещества, повышая их концентрацию в тысячи раз.

Если вмешательство человека в биосферу незначительно, то сохраняется природное равновесие экосистем. Однако усиливающееся влияние человека на природу (вырубка лесов, которые выделяют кислород и испаряют много воды, сжигание большого количества топлива, содержащего углерод, уменьшение испарения с поверхности океана из-за пленки нефти, которая покрывает все большие площади океана) приводит к нарушению равновесия и глобальному ухудшению состояния биосферы.

Глобальные проблемы биосферы.

Первая проблема — угроза "парникового эффекта" о котором мы уже говорили.

Вторая проблема - разрушение озонового слоя, расположенного на высоте 15-50 км от земной поверхности и защищающего живые организмы от губительного действия коротковолновых УФЛ. Озоновый слой разрушается в результате попадания в него летучих хлор- и фтор- органических соединений, которые распадаются под действием солнечного света. Каждый атом хлора или фтора, попавший в озоновый слой, может разрушить до 100 000 молекул озона. Источники таких хлор- и фтор- органических соединений — различные растворители, фреоны холодильников и аэрозольных баллонов. Накопление различных аэрозолей в атмосфере очень вредит озоновому экрану. Поэтому во всем мире идет поиск заменителей этих опасных веществ.

Третья важнейшая проблема биосферы - это аридизация (или опустынивание) суши.

Опустынивание — это процесс крайней деградации земель, ведущий к тому, что они становятся похожими на пустыню. Происходит это в результате снижения уровня грунтовых вод и эрозии (разрушения) почвы.

Вообще опустынивание - это взаимодействие засухи и хозяйственной деятельности человека. Так, земли в районе Оклахомы, при таком взаимодействии, превратились в "пыльную чашу", или описание вида открывающегося с Великой китайской стены: "... Вся долина, бывшая некогда прекрасными фермерскими угодьями, превратилась в пустыню из песка и гравия, то влажную, то сухую, но всегда бесплодную. Ее единственный урожай сейчас — это пыль, подхватываемая сильными зимними ветрами..." [15].

Рассмотрим причины опустынивания.

Перевыпас - увеличение поголовья крупного рогатого скота, который не столь устойчив к засухе, как местные пустынные животные.

Упрощение экосистем — выжигание кустарников для лучшего роста травы, уничтожение травы животными, не оставляющими ее перегнивать в почве.

Сельское хозяйство - интенсивное земледелие, не оставляющее поля под пар.

Заготовка дров — непланомерная вырубка лесов.

Засоление — в результате орошения происходит испарение воды, а соль - остается.

Перерасход грунтовых вод - грунтовые воды расходуются быстрее, чем возобновляются.

Четвертая проблема - истощение природных ресурсов. В древние времена человек добывал 19 элементов периодической системы Д.М.Менделеева, к началу XVIII века - 25, в XIX веке - до 50, а в настоящее время в производство вовлечено около 100 элементов. Количество ежегодно добываемых полезных ископаемых превышает 100 млрд. т. и темпы добычи растут. По разным оценкам невозобновимые природные ресурсы истощатся через 50-100 лет.

Все эти проблемы биосферы возникли в результате развития особой оболочки Земли - сферы человеческого разума, или, как ее называл В.И.Вернадский, ноосферы. Под ноосферой он понимал современный этап развития биосферы.

Создание ноосферы - это создание новых принципов разумного управления биосферой. В этом процессе человечество должно найти способ устранения экологического кризиса и одновременно способ сосуществования общества с природой при высоком уровне его технического развития. Человек должен научиться делать прогнозы и предсказывать возможные результаты своего вмешательства в природные процессы.

 

ЛЕКЦИЯ 11

Народонаселение. Городские и промышленные экосистемы.

(2 часа)

Демографические проблемы и урбанизация; — об экологических проблемах города; — об атмосфере города и контроле за ее состоянием; — о роли зеленых насаждений в городских экосистемах.

Демографические проблемы. Население Земли непрерывно увеличивается. Если в 1960 году на планете проживало 2,9 млрд., то теперь — более 5 млрд. человек. Согласно прогнозам экспертов ООН, к 2000 году население возрастет до 6,1 млрд. человек. Особенно быстро возрастает население Азии, Африки, Латинской Америки. Ежегодно население мира увеличивается на 75 млн. человек. Вместе с ростом населения растут и потребности общества в продовольствии, одежде, обуви, предметах обихода, жилище, средствах транспорта и других благах, а все это требует развития производства, которое связано с расширенным использованием природных ресурсов, с негативным воздействием на окружающую среду. Одновременно страдает здоровье населения городов. Здоровье общества — индикатор состояния окружающей среды.

Современные представления о состоянии здоровья населения формируются из трех показателей:

- демографических (рождаемость, продолжительность жизни, смертность и т.п.);

- данных о различных видах заболеваний;

- данных о физическом развитии (особенно детей и подростков).

Особое значение имеет и формирование "групп риска" среди практически здоровых людей. Такие "группы риска" выявляются при возможности радиоактивного облучения — по суммарной предельной дозе для человека.

"Группы риска" можно выделить в крупных индустриальных центрах некоторых химических производств.

Промышленные предприятия сосредоточены в городах, поэтому стремительно увеличивается число жителей города, происходит процесс "урбанизации". В среднем по России в городах сегодня проживает около 70% населения. В такой индустриально развитой стране как Япония, в городах живет до 80% населения.

Вместе с ростом "урбанизации" происходит "постарение" населения Земли, т.е. увеличение доли стариков относительно всего населения. Особенно это характерно для развитых стран Европы (ФРГ, Франции, Швейцарии).

Меньше всего стареет население Африки - там самая большая доля детей от всего населения.

Такая тенденция обусловлена разницей в тех же демографических показателях, которые характеризуют любую популяцию: рождаемость, продолжительность жизни, смертность и т.д.

Все население городов - люди, животные, насекомые, птицы, деревья - а также промышленные предприятия, системы коммуникаций представляют собой городские экосистемы.

Эти экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии, которую поглощают растения города мизерна по сравнению с огромным количеством поступающей в города энергии от гидро- и атомных станций, месторождений нефти, газа, угля. Кроме энергии, город потребляет огромное количество воды.

Главная особенность экосистем городов в том, что в них невозможно экологическое равновесие.

Человек должен сам регулировать, как потребление городом энергии и ресурсов (сырья для промышленности и пищи для людей), так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду и почву в результате деятельности промышленности и транспорта.

Городские экосистемы тесно связаны с сельскохозяйственными или агро-экосистемами, так как получают и перерабатывают полученную от них продукцию, а поставляют машины, удобрения, строительные материалы, информацию (газеты, радио, телевидение).

Для современного города характерны следующие экологические проблемы:

- напряженность кислородно-углеродного баланса воздуха; в городах наблюдается тенденция понижения кислорода и увеличения углекислого газа в составе воздуха;

- сильное и интенсивное загрязнение воздушного бассейна, водных источников, почвенной среды;

- в городах складывается свой тип микроклимата с ухудшенными для человека экологическими характеристиками;

- городская среда насыщена различными физическими загрязнителями: шумом, электромагнитным излучением и др.;

- жители города испытывают повышенные отрицательные эмоциональные и психологические нагрузки.

Загрязнение атмосферы — наиболее острая экологическая проблема современного города. Основные загрязнители атмосферы - углекислый, сернистый, угарный газы, оксиды азота.

По усредненным расчетам на 500 тыс. населения во время отопительного сезона выбрасывается 150 т. сернистого газа, 100 т. оксидов азота в сутки. Кроме того, в воздух попадает летучая зола, содержащая силикаты, сульфиты, сульфаты, карбонаты, фосфаты, соли щелочных металлов.

Контроль выбросов - жизненно необходимая мера. Контроль за выбросами промышленных предприятий осуществляют санитарно-эпидемиологическая служба города, а также местные комитеты охраны природы, а за выбросами автотранспорта - ГАИ. Необходимо заметить, что больше всех от выхлопных газов автотранспортных средств страдают дети, так как эти газы скапливаются в приземном слое на высоте до 1 м.

Несмотря на то, что в атмосфере постоянно происходят процессы самоочищения, они протекают довольно медленно.

Мелкая пыль, загрязняющая атмосферу, свободно проникает в легкие и задерживается там, а очень мелкая действует как газы. Вредные микрочастицы характеризуются мутагенными свойствами (изменения на генетическом уровне) и канцерогенными свойствами (образование злокачественных опухолей). Кроме того пыль адсорбирует большое количество микроорганизмов, в том числе и болезнетворных. Городской воздух насыщен тяжелыми положительными ионами, что ухудшает видимость, дыхание, сердечно-сосудистую деятельность, вызывает усталость.

С любым загрязнителем, доза которого невелика, организм человека может справиться, нейтрализовать его при попадании внутрь или вывести вместе со шлаками. Оксиды углерода, серы, азота в небольших концентрациях всегда присутствовали в атмосфере. Почва и горная порода обладают естественной радиоактивностью ( естественный фон радиации). Но существуют некоторые пороговые величины, при которых концентрация вредных веществ такова, что они отрицательно сказываются на здоровье. Такие пороговые величины (между безвредным и вредным) называются — предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Экологи, медики, биологи составляют таблицы ПДК. для различных потенциально вредных примесей в воде, воздухе, почве.

Кроме того, для каждого источника загрязнений устанавливаются предельно   допустимые   выбросы   (ПДВ).

Перечислим меры, необходимые для борьбы с загрязнением:

устанавливаются предельно допустимые концентрации и постоянный контроль за содержанием вредных веществ в воздухе;

устанавливаются предельно-допустимые сбросы и выбросы вредных веществ в атмосферу, а также лимиты на них; за превышение нормы взимаются штрафы;

ГАИ контролирует содержание угарного и углекислого газов в выхлопных газах автомобилей;

вредные предприятия выносятся за черту города;

производится посадка зеленых насаждений.

Тем не менее в городе сохраняется микроклимат, неблагоприятный для здоровья человека. Благодаря большому количеству крытых поверхностей (асфальт, гранит, кирпич, кровельное железо, щебень гранитный) создается "эффект д у х о в к и ". Он проявляется в более высокой температуре и пониженной влажности.

Повышен фон электромагнитного и радиационного излучений во многих районах. Остро стоит проблема городского мусора. Часть отходов бытовой и хозяйственной деятельности человека используется в качестве вторичного сырья и подвергается обработке. Но большая часть отходов не используется и превращается в мусор, который разрушается в земле очень медленно.

"Спасательным кругом" в острой экологической ситуации городов являются зеленые насаждения.

Роль зеленых насаждений в городских экосистемах. Зеленая растительность, кроме того, что насыщает атмосферу кислородом, выполняет роль природного воздушного фильтра. Она задерживает распространение пыли и газов. Значительное количество вредных веществ растения поглощают, как, например, сернистый газ, сеиды азота, а такие вещества, как фториды, хлориды, свинец и т.д. растения не впитывают, но также способны поглощать из атмосферы, очищая ее.

Поскольку на листьях городских деревьев и внутри них скапливается большое количество вредных веществ, опавшую листву ни в коем случае нельзя сжить в черте города, так как все вредные вещества, осевшие в листьях, процессе сгорания вновь попадают с дымом в атмосферу.

Зеленые растения способны вырабатывать фитонциды — вещества, убивающие бактерии. Благодаря растениям, в воздухе снижается содержание вредных тяглых ионов и увеличивается количество легких.

Большую роль играют зеленые насаждения в улучшении микроклимата года, поскольку снижают высокие летние температуры; повышают влажность воздуха; являются механической преградой сильным ветрам; уменьшают воздействие шума, электромагнитных колебаний и т.д.

Зеленые насаждения в городе оказывают положительное эмоциональное влияние на психику человека, являясь уголками здоровья и успокоения.

Поэтому жизненно важно для горожан охранять старые садовопарковые комплексы и принимать участие в создании новых зеленых зон.

Характерной особенностью современной жизни явился стремительный рост урбанизации. К концу столетия преобладающим в мире станет городское население.

Заботой экологов и архитекторов должны быть программы по проектировано городов с учетом всех особенностей геологической и биологической среды. Такова программа "Экополис", идеализированный объект, где сбалансированы взаимоотношения города и окружающей среды.

 

ЛЕКЦИЯ 12 ,

Влияние шума, электромагнитного излучения и радиации на организм человека

(2 часа)

Проблемы шума в городах; — иммунитет и радиация; — отрицательное влияние электромагнитных полей.

Влияние шума на организм человека. Шумы городской среды воздействуют на человека на производстве, на улицах городов, дома.

Уровни шума (звукового давления) измеряются в децибелах (дБ). Например, обычный разговор на расстоянии 1 м создает шум в 65 дБ, звон будильника - 80 дБ, поезд на расстоянии 7м — 90-93 дБ, взлетающий реактивный самолет с 25 м -140 дБ. Средний уровень шума в 50-тысячном городе составляет 55 дБ.

Неприятные ощущения у человека возникают при уровне шума от 60 до 90 дБ. При 129 дБ появляются болевые ощущения, а при 150 дБ возникает необратимая потеря слуха.

В настоящее время в крупных городах интенсивность шума увеличилась на 10-15 дБ за счет трамваев, троллейбусов, автобусов. Самым шумным городом считается Рио-де-Жанейро, уровень шума в районе Капакабана — более 80 дБ. Это грозит его обитателям нарушениями слуха и заболеваниями сердца.

При открытых окнах квартир люди подвергаются 10-кратному воздействию шума по сравнению с квартирами, оборудованными кондиционерами. Вследствие длительного воздействия этого фактора на окружающую среду, современный городской человек потерял слуховую чувствительность. Так, например, аборигены Африки в состоянии слышать звук частотой до 28 тыс.герц, а жители Нью-Йорка воспринимают звуки частотой только до 8 тыс. герц. Возникают опасения, что в урбанизированных районах под воздействием все возрастающего шума, могут рождаться глухие дети. Шум способен привести клеточные ткани к деградации и гибели.

Из древней истории сохранился пример, когда император, живший в Ш веке до н.э. издал указ, гласивший: "Повелеваю не вешать преступников, пусть флейты, барабаны и колокольчики непрерывно звучат до тех пор, пока приговоренный не упадет бездыханным, и это будет самая мучительная смерть, какую только можно себе представить. Звоните беспрерывно в колокольчики, пока преступник не потеряет рассудок и не умрет".

Громкий звук, отрицательно действуя не только на слух, приводит к нарушениям деятельности нервной системы, повышенной утомляемости, ослабляет внимание. Страдает и сердечно-сосудистая система. Наиболее чувствительны к нему дети. Но даже и воины могут быть сломлены "звуковой атакой". Известен У!учай взятия таким образом пещерного города Чуфуткале в Таврии. Город-крепость, расположенный на обрыве, был практически неприступен. И тогда атакующие татарские воины решили взять город шумом - они много дней и ночей создавали сокрушительный шум, одни отряды сменяли другие. А те, кто был в крепости, не знали сна и покоя. Они не выдержали этой изнурительной психической атаки и сдали город.

Длительное воздействие городского шума на человека ведет к снижению производительности труда. Общая заболеваемость рабочих шумных цехов в среднем на 25% выше, чем у рабочих тихих цехов. Однако разные звуки по-разному действуют на организм. Например, гнетущая тишина плохо действует на работоспособность. Звуки определенной силы стимулируют мышление, особенно счет. Звуки капель дождя, падающих в ритме человеческого пульса, навевают сон. Каждой человек воспринимает шум по-своему. Но в условиях города происходит постоянное напряжение слухового анализатора. Человек начинает хуже слышать сна-ила высокие звуки, а потом низкие, постепенно может произойти потеря слуха.

Шумовые раздражители вызывают перенапряжение нервной системы, способствуют возникновению вегето - сосудистой дистонии. Авиационный шум ведет к возникновению сердечно-сосудистых заболеваний. Шум нарушает сон, вызывает тревогу, а инфразвуки - растерянность и слабость.

Для того чтобы уберечь здоровье от шумовых воздействий, необходимо принимать определенные меры: строительство квартир с малой акустикой (рамы с тройным остеклением), озеленение, строительство домов по "замкнутой системе". Автострады должны пролегать в выемке, т.е. ниже уровня жилых зданий.

В настоящее время кроме шумовых воздействий человек подвергается физическому действию и других факторов: радиации, электромагнитных полей.

Иммунитет и радиация. К радиоактивному или ионизирующему излучению относят рентгеновское и гамма-излучение.

Радиоактивные атомы вызывают ионизацию других атомов и молекул, отдавая им свою энергию. При взаимодействии с биологическими молекулами (Н2О. жирами и т.д.) возникают "свободные радикалы" - активные фрагменты молекул, которые способны вызывать серьезные нарушения макромолекул - белков, ДНК, т.е. внести нарушения и изменения в генную программу организма. Это может проявляться в мутациях или предмутационных изменениях. Свободные радикалы нарушают белково-липидные структуры. Ионизирующее излучение ведет к нарушению структуры и функций иммунной системы, возникают иммуноде-фицитные состояния. В результате резко увеличивается число инфекционных, аутоимунных и онкологических заболеваний.

Иммунитетом называют способность иммунной системы к отторжению чужеродных тел. Макрофаги и лимфоциты — основные клетки иммунной системы. Иммунный ответ проходит две стадии :

1) узнавание и выработка белков — интерлейкинов;

2) разрушение чужих клеток и макромолекул. На двух стадиях работают разные виды клеток иммунной системы.

При интенсивном радиоактивном облучении погибают любые делящиеся клетки. Таким образом может погибнуть много быстроделящихся лимфоцитов -это выведет из строя иммунную систему.

Лучевая болезнь возникает, когда гибнут все интенсивно делящиеся клетки и обновляющиеся ткани. К ним относятся кроветворная, иммунная, генеративная ткани, слизистые ткани кишечника. При лучевой болезни они поражаются первыми.

В зависимости от дозы облучения, которая измеряется в греях, могут развиваться церебральная, кишечная, костномозговая форма лучевой болезни, иммуно-дефицитные состояния или канцерогенез.

После облучения иммунитет подавляется в результате поражения иммунодефицитов, в первую очередь лимфоцитов. Облученная иммунная система не в состоянии дать отпор микробам. Кроме того, после облучения начинает активизироваться как патогенная, так и облигатная (безвредная и полезная) микрофлора, и последняя начинает проявлять патогенные свойства. Условно-патогенные микробы становятся патогенными. Наступает снижение устойчивости к инфекционным заболеваниям. Полное выздоровление облученных клеточных популяций наступает редко.

Так, проводились медицинские наблюдения за населением Чернобыля и Семипалатинска. Иммунная система людей, находившихся в то или иное время в районе катастрофы, оказалась существенно нарушенной, особенно у детей. Острее и продолжительнее стали хронические неспецифические заболевания. Участились заболевания дыхательных путей, ОРЗ, увеличились размеры щитовидной железы.

Если радиацией поражается тимус (вилочковая железа) — это вызывает преждевременное старение, так как снижается уровень тимусных гормонов. Если радиоактивные изотопы попадают внутрь — они становятся источником постоянного излучения. Например, стронций-90 концентрируется в костях и постоянно действует на кроветворную систему, убивая все ее молодые элементы. Изотоп иода накапливается в щитовидной железе, сильнее всего действует на близлежащий тимус. Селен-75 нарушает циркуляцию лимфоцитов.

Вещества, способные защищать от губительного воздействия радиации, называются радиопротекторами.

Радиопротекторы типа антиоксидантов могут ослабить действие радиации в два и более раз (цистеин, цистеамин, дибунал, медин). Можно препятствовать поступлению кислорода в ткани введением адреналина и серотонина.

Для того чтобы предотвратить канцерогенез, снижают калорийность пищи и проводят витаминизацию в течение всего года.

Пектин и пектиносодержащие продукты способны связывать и выводить из организма металлы (стронций, цезий, свинец, ртуть) и уменьшают всасывание радионуклидов. Это салаты, соки из овощей и фруктов. В рацион надо вводить щавелевую кислоту, лимоннокислый натрий, глюконат кальция, насыщать организм солями кальция и фосфора.

Один из эффективных радиопротекторов — витамин А или бетакаротин. Более желателен комплекс: витамин А + витамины Е и С. Для лечения применяют иммуномодулирующие вещества — это препараты тимуса: тималин, тактивин, тимоптин, тимоген.

Отрицательное влияние электромагнитных полей. Магнитное поле Земли — это естественное электромагнитное поле. Под влиянием корпускулярных потоков (движущихся частиц) в магнитном поле Земли наступают кратковременные изменения. Это называется магнитной   бурей.

Изменения в геомагнитном поле Земли (ГМП) связаны в основном с солнечной активностью. Если на Солнце произошла вспышка - то в сторону Земли вырывается быстрый поток солнечной плазмы, вызывая "солнечный ветер", который и вносит изменения в геосферу Земли. ГМП действует на все живое, в том числе и на человека. В периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых заболеваний, ухудшается состояние людей, страдающих гипертонической болезнью (повышением кровяного давления). Действие электромагнитных полей выводит человека из состояния устойчивого равновесия. Так, ученым А.Л.Чижевским было установлено, что вспышки эпидемий гриппа связаны с солнечной активностью. Чем больше пятен на Солнце - тем больше вероятностей вспышек гриппа. Частота гипертонических кризов также зависит от геомагнитных бурь. Геомагнитые возмущения увеличивают число дорожно-транспортных происшествий, у больных шизофренией увеличивается количество приступов. Геофизические аномалии могут привести к утрате навигационных способностей у птиц - у них наступает полная дезориентация, у животных наблюдается нарушение условных рефлексов. В годы "спокойного" Солнца отмечено меньше инфарктов миокарда, мозговых инсультов.

Кроме естественного электромагнитного поля в современных условиях появились искусственные электромагнитные поля (ЭМП), которые в отдельных районах в сотни раз выше среднего естественного поля. Источники ЭМП — радиопередающие устройства, линии электропередач. В настоящее время большая часть населения живет в условиях повышенной активности ЭМП. Установлены нарушения в системах, органах и тканях, а также функциональные изменения в сердечнососудистой и эндокринной системах человека. Чаше встречаются электрические поля промышленной частоты (ЭППЧ), вызывающие головную боль, чувство усталости, ухудшение аппетита, раздражительность, ухудшение оперативной памяти, изменение кардио- и энцефалограммы.

У подопытных животных при действии ЭМП наблюдается угнетение условно-рефлекторной деятельности, реакции запаздывают, бывает выпадение условных рефлексов и полное отсутствие двигательной активности.

СВЧ - волны малой интенсивности действуют на репродуктивную функцию животных. Радиочастоты влияют на морфологический состав крови и обмен веществ. Происходит перераспределение жизненно важных микроэлементов: меди, цинка, железа, кобальта.

Резкие нарушения под действием слабых ЭМП наблюдаются в период роста и развития организмов. Особенно велика чувствительность организмов к многократному действию ЭМП. При этих условиях наблюдается кумулятивный эффект  (эффект накопления).

Как должна быть налажена защита от ЭМП радио- и телепередающих устройств?

Основные источники высокочастотной энергии - радио- и телепередающие центры и радиолокаторы. Поэтому такие центры должны быть размешены за пределами населенных мест. Антенны устанавливают на насыпях. Не допускается их размещение вблизи жилых и общественных зданий, должны существовать санитарно-защитные зоны, где нет строений.

 

Раздел II. РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

ЛЕКЦИЯ 13

Принципы рационального природопользования

(2 часа)

Типы классификации ресурсов; — основы организации рационального природопользования; — о пределах устойчивости ресурсов и состоянии ресурсной базы на сегодняшний день.

Обеспечение устойчивого развития общества неразрывно связано с рациональным природопользованием. В настоящее время под природопользованием понимается совокупность всех форм воздействия человека на географическую оболочку Земли. Для более точной качественной и количественной характеристик природопользования было разработано понятие природо-ресурсного потенциала, т.е. той части природных ресурсов Земли и ближнего Космоса, которая может быть реально вовлечена в хозяйственную деятельность при данных технических и социально-экономических возможностях с условием, что очень важно, сохранения среды жизни человека (Реймерс, список литературы).

Классификация ресурсов. Природными ресурсами Земли служат объекты и условия, используемые в процессе материального производства для удовлетворения различных потребностей общества. Природные ресурсы можно классифицировать следующим образом:

по их использованию:

- промышленные,

- сельскохозяйственные,

- рекреационные и т.п.;

по принадлежности к компоненту природы:

- космические,

- воздушные,

- водные,

- почвенные,

- биологические,

- геологические;

по характеру воздействия:

- исчерпаемые,

- неисчерпаемые,

- возобновимые.

Исчерпаемые ресурсы, в свою очередь, делятся на невозобновляемые и возобновляемые. К невозобновляемым относятся такие геологические ресурсы, как нефть, каменный уголь и другие, запасы которых не восстанавливаются; к возобновляемым относятся почвы, растительность, животный мир.

К неисчерпаемым, хотя и достаточно условно, принадлежат космические (солнечная радиация, приливы и отливы); климатические (тепло, влага, энергия ветра) и водные ресурсы. Условность такого определения связана, во-первых, с ограниченностью существования солнечной системы, и, во-вторых, с их деградацией и в конечном случае исчерпанием в следствии загрязнения продуктами хозяйственной деятельности человека и непригодности для дальнейшего использования.

При этом в основе природопользовательской деятельности человека очень часто лежит принцип удаленности событий, т.е. явление, удаленное во времени и пространстве, становится существенным, что приводит к неверным практическим решениям. Так, полагают, что с развитием научно-технического прогресса экологические проблемы будут решаться намного легче, чем сейчас.

Рациональное природопользование способствует сохранению природоресурсного потенциала и здоровья человека, экономному использованию природных ресурсов и обеспечению эффективного режима их воспроизводства. Однако, как прошлые, так и современные производственные технологии не дают возможности полного сохранения природоресурсного потенциала, лишь приближаются в отдельных случаях к этому оптимуму. Такое несоответствие на протяжении человеческой истории способствует истощению отдельных видов природных ресурсов Земли в целом, обуславливая развитие экологического кризиса.

Существует три простых правила, позволяющих определить пределы устойчивости употребления ресурсов.

Правило 1. Для возобновимых ресурсов темпы потребления не должны превышать темпы восстановления.

Правило 2. Темпы потребления невозобновимых ресурсов не должны превышать темпы их замены на возобновимые. Например, при эксплуатации нефтяных месторождений часть выручки должна вкладываться в разработку и производство альтернативных источников энергии, таких как солнечные батареи, прилив-но-отливные электростанции и пр.

Правило 3. Интенсивность выброса загрязнителей не должна превышать скорости их переработки природной средой.

В настоящее время эти правила не соблюдаются. При этом наблюдаются значительные различия между экологически развитыми и развивающимися странами. Для развитых стран более характерно нарушение третьего правила. Количество отходов производства настолько возросло в последние десятилетия, что стало угрожать жизнедеятельности человека. Считается, что к 2000 году количество отходов достигнет 100 млрд. т/год. Лидерами по количеству твердых отходов на душу населения являются промышленно развитые страны - США, Россия и Япония. Лидером по душевому показателю бытовых отходов является США - 500-600 кг/год мусора.

Значительное количество отходов способствует загрязнению окружающей среды и ее компонентов — атмосферы, гидросферы, почв.

Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается 60 млн. твердых частиц, способствующих формированию "парникового эффекта", кислотных осадков, замутнению атмосферы и образованию смога. Качество воздушной среды с точки зрения здоровья человека постоянно снижается, что особенно характерно для крупных мегаполисов в развивающихся странах, как, например, Мехико с его 20 млн населением.

Общий объем сточных вод достиг к 90-м годам 1800 км3, при этом на Европу, Северную Америку и Азию приходится 90% сброса. Большая часть сброшенных вод относится к неочищенным или недостаточно очищенным, вследствии чего более 1,3 млрд. человек пользуются в быту загрязненными водами, что служит источником многих заболеваний.

В развивающихся странах в основном не соблюдается первое правило, и поэтому они страдают от истощения возобновляемых ресурсов. Истощение связано,

главным образом, с бурным ростом населения вследствие демографического взрыва и только отчасти с ростом интенсивности производства.

Ежегодно вследствие развития процессов эрозии развивающиеся страны теряют 4-5 млн.га сельскохозяйственных земель. Особенно тяжелое положение складывается в Африке, где сильно деградировано 17% площади всего материка, значительно возросла площадь пустынь. Темпы освоения новых земель и рекулътиряция нарушенных значительно отстают от темпов деградации.

Развивающиеся страны располагают 1/2 всех мировых лесных ресурсов Бессистемные рубки леса привели к тому, что если в развитых странах, в том числе в России, площадь лесов стабилизировалась, то в этих странах происходит ежегодное уменьшение площади на II млн.га.

Ухудшение природных ресурсов, их истощение можно и нужно предотвратить. Основными путями решения этой проблемы являются:

- повышение безотходности производства;

- разработка принципиально новых источников и способов получения энергии;

- решение демографической проблемы в развивающихся странах и др.;

- разработка ресурсосберегающих технологий.

Более подробно пути рационального природопользования будут рассмотрены в следующих лекциях.

 

ЛЕКЦИЯ 14

Научные основы природопользования. Перспективы развития

энергетики

(2 часа)

Экологические проблемы — это проблемы всей планеты;— задачи социальной экологии;— принципы рационального природопользования;- перспективы развития энергетики.

Решение глобальных экологических и ресурсных проблем требует совместных усилий многих государств. К таким проблемам относятся сохранение природы на нашей планете, овладение новыми источниками энергии, освоение космоса и ресурсов Мирового океана.

Значение этих проблем обусловлено тем, что они затрагивают жизненные интересы всех государств и народов нашей планеты.

Человечество обеспокоено непредвиденными результатами своей бесплановой деятельности, ее возможными нежелательными последствиями, угрожающими здоровью и благосостоянию людей планеты.

Сами того не сознавая, мы все время используем ранее накопленную солнечную энергию; сжигая каменный уголь, горючие сланцы, торф, нефть или газ, пользуемся энергетическими ресурсами, запасенными нашей планетой много десятков и сотен миллионов лет назад в виде органического вещества.

Природа не в состоянии справиться с обилием несвойственных ей химических соединений, поступающих в атмосферу, воды, почвы. Способность к самоочищению, буферность экосистем заметно падают. Экологические связи нарушаются и становятся неустойчивыми. Человек создает искусственные моря, изменив климат и рельеф больших территорий. Если образование нефти, газа, каменного угля происходило в течение десятков миллионов лет, то человек может их выработать в течение десятилетий. Но это не означает, что земные ресурсы в обозначимом будущем обязательно иссякнут. Человечество должно изобрести новые способы переработки бедных руд, найти альтернативные источники энергии, более бережно относиться к природе.

Необходимо рационально пользоваться природными ресурсами и обеспечивать воспроизводство окружающей среды. Поэтому основные направления социальной экологии следующие:

I.       Воспроизводство окружающей среды. Это:

а)       сохранение естественных ландшафтов;

б)      создание искусственных биоценозов, не уступающих природным;

в)      пополнение запасов пресной воды;

г)       воспроизводство запасов почвенных ресурсов;

д)      сохранение устойчивости природных сообществ (пирамидальной структуры трофических связей);

е)       сохранение видового разнообразия, генофонда животного и растительного миров.

II.      Разработка критериев и обеспечение высокого качества окружающей среды.

III.     Проведение экономических оценок и стимулов в воспроизводстве природной среды.

IV.     "Экологизация" потребления. Такое потребление ресурсов должно быть умеренным, с учетом экологических законов.

V.      Обеспечение информацией систем управления окружающей средой. Это создание систем мониторинга.

Основной принцип рационального природопользования: "Используй, охраняя, и охраняй, используя.

Получая древесину, заготавливая лекарственные травы и ягоды в лесу, охотясь на лосей, можно не нарушать экологического равновесия - в этом случае лесные экосистемы восстанавливаются.

Пользуясь новейшими достижениями биологических и сельскохозяйственных наук, можно получать высокие урожаи зерна, высокие надои и привесы сельскохозяйственных животных, не нарушая плодородия почв.

Даже самые крупные городские и промышленные экосистемы становятся менее опасными для природы, если используются малоотходные технологии, очистные сооружения или хранилища и заводы по переработке отходов.

Человек извлекает из недр Земли необходимое сырье. Попутно он перемещает огромные массы "бесполезных" ископаемых, под которыми или внутри них находится желаемое вещество.

В результате возникает вопрос: "Что делать с отходами?" Чаще всего их складируют неподалеку, засоряя, обезображивая и фактически уничтожая природу окрестностей. Все это напоминает трапезу некоего гигантского неряшливого обжоры Гаргантюа, который разбросал объедки вокруг стола. Сейчас уже скопилось более 1600 трлн.м3 "пустых" горных пород и отходов переработанных руд. "Погибшие" земли, утратившие плодородие — это прежде всего горные разработки: отвалы, карьеры и возвышающиеся конусообразные терриконы.

Для уменьшения ущерба, наносимого природе отвалами и терриконами, следует комплексно использовать извлекаемую из недр горную породу. Ради "пустой породы" - щебенки, песка или глины — часто неподалеку приходится копать специальные карьеры и напрасно " ранить" землю.

Более 60% отходов от обогащения руды пригодны для производства строительных материалов: кирпича, керамзита, цемента, извести. Породы, отсыпаемые из шахт в терриконы, пригодны для строительства дорог, заполнения провалов, образующихся при добыче полезных ископаемых, засыпки оврагов.

Будущее промышленности, безусловно, за безотходными производствами. Отходы одного предприятия — это сырье для другого. Например, "отходы" Соколовско-Сарбайского железорудного горнообогатительного комбината — это настоящее месторождение руд цветных металлов.

Часто при добыче угля в отходы идут бокситы, железные руды, керамические и каолиновые глины, горючие сланцы, графит, самородная сера и многое другое, т.е. сырье, в котором остро нуждается промышленность.

Безотходные технологии исключают загрязнение окружающей среды. То, что раньше наносило людям большой вред, выбрасывалось в атмосферу, воду и загрязняло их, начинает приносить пользу.

Предприятия, установившие фильтры для улавливания диоксида серы (S02), не только значительно улучшили окружающую атмосферу, но и получили сырье для производства серной кислоты и серы. Или, например, улавливаемая при разливке стали копоть служит сырьем для получения графита.

На Кимовской обогатительной фабрике в Подмосковье из бурых углей, помимо топлива, получают сырье для производства серной кислоты и глину, используемую для изготовления стройматериалов.

В Донбассе пустые породы из некоторых терриконов настолько богаты азотом, калием, фосфором и другими веществами, необходимыми растениям, что ими стали удобрять поля.

Комплексное использование добываемого из недр сырья и безотходные технологии его переработки — это не только оздоровление природы, но и выгода самим производителям.

Перспективы развития энергетики. С наступлением атомной революции в середине XX века мир охватила энергетическая эйфория. Казалось, что человечество на пороге экономического чуда, достигнутого благодаря новым неиссякаемым источникам энергии.

Прошло всего полвека с тех пор, а человечество уже в полной мере пожинает трагические плоды своего преждевременного прожектерства. На АЭС образуются десятки и сотни тысяч тонн жидких и твердых радиоактивных отходов. Что делать с этими ненужными и опасными для человека материалами? Необходимы другие, менее опасные источники энергии, дополняющие традиционную энергетику.

Грозит ли энергетический "голод" человечеству? В принципе - нет. Известные на Земле запасы энергии велики и более чем достаточны для удовлетворения всех его предполагаемых нужд, если только удастся отыскать пути использования этих источников энергии. Потенциальные источники энергии распределены в мире неравномерно. Например:

горючие сланцы штата Колорадо (США) содержат нефти больше, чем все запасы стран Ближнего Востока, а куб минералов с ребром 5 км, вырезанный из горных пород, подстилающих плато Хемес (штат Нью-Мексико, США), заключает в себе столько тепла, сколько его потребляется за целый год во всем мире;

для провинции Альберта (Канада) в геологически активной западной части характерны самая высокая обеспеченность смоляными песками, высокая солнечная радиация и большой геотермальный потенциал;

Великобритания располагает одним из самых лучших в мире мест для создания приливных электростанций, эстуарием Северна, где суточная амплитуда приливов и отливов превышает 6 м.

Большинство неиспользованных источников энергии рассредоточено по поверхности земли, а не сконцентрировано в виде компактных залежей, подобно ископаемому углю, нефти или природному газу. На сегодняшний день отсутствует способ увеличения используемой ничтожной доли солнечной энергии, кроме того, возникает вопрос, как занять громадные площади суши под солнечные коллекторы. Аналогично обстоит дело и с использованием энергии волн и ветра. Волны обладают огромной энергией, достаточной для разрушения дамб и причалов, весящих тысячи тонн. Ветер же - капризный и ненадежный источник энергии. Для его эксплуатации требуется создать способ аккумуляции энергии, вырабатываемой в ветреные периоды, с тем, чтобы ее можно было использовать при безветренной погоде.

Геотермальные электростанции преобразуют энергию горячих пароводяных источников, питаемых внутренним теплом Земли. Суммарная производительность всех геотермальных электростанций примерно соответствует количеству энергии, генерируемой одним крупно-ядерным реактором. Наибольшими возможностями для создания геотермальных электростанций располагают Италия, Япония, Новая Зеландия, США и Мексика. Кроме того, энергия горячих источников может быть использована как в бытовых, так и в промышленных целях. Так, в Новой Зеландии горячая подземная вода используется в бумажной промышленности, а столица Исландии Рейкьявик почти полностью отапливается с помощью системы теплофикации, питаемой из геотермальных скважин.

Основные, пока не используемые источники энергии, можно разделить на три категории: источники гравитационного происхождения, источники солнечного Происхождения и ядерные реакции. Лишь один потенциальный энергетический источник, приливы, используют силу тяготения. Притяжение со стороны Луны и Солнца движет воду Мирового океана, создавая гидроэнергетический потенциал, который можно использовать для строительства приливных электростанций в местах с максимальной амплитудой приливов и отливов.

К источникам, в основе которых лежит солнечная энергия, относятся обычное дерево, уголь, нефть и природный газ; все они являются продуктами жизнедеятельности растений или животных, которые не могли бы существовать без солнца. К той же категории относится солнечная энергия как таковая и — что менее очевидно - энергия ветра, рек, волн и термического градиента океанов.

Морские тепловые электростанции могли бы использовать разницу температур воды и поверхности на большой глубине. Принцип действия плавучей электростанции заключается в том, что она имеет трубу длиной 1200 м, которая опущена в глубоководные слои. По этой трубе холодная вода откачивается с глубины в первый теплообменник, где используется для сжижения аммиака. Жидкий аммиак перетекает во второй теплообменник, где под воздействием теплой поверхностной воды испаряется и возвращается к началу цикла. Циркулируя по этой замкнутой системе, аммиак приводит в действие турбину. Такая система способна работать уже при весьма незначительных перепадах температур.

Существует три источника энергии, связанных с ядерными процессами: уже используемое на практике деление атомного ядра (принцип работы АЭС), термоядерный синтез и геотермальная энергия. Термоядерный синтез — это реакция слияния легких ядер в более тяжелые, сопровождаемая выделением энергии. Преимущество термоядерной реакции как потенциального источника энергии заключается в отсутствии радиоактивных отходов (в отличие от других типов ядерных реакций), большом количестве освобождающейся энергии и доступностью горючего материала. Источники геотермальной энергии используют тепло, выделяемое ядерными процессами, происходящими в глубинах Земли. В ограниченных масштабах солнечное тепло используется геотермальными электростанциями и служит целям теплофикации.

Поскольку большинство потенциальных источников энергии находится в рассеянном состоянии, создание конструкций, способных концентрировать их энергию с целью ее практического использования, обошлось бы чрезвычайно дорого. Энергия, которая потребовалась бы на сооружение таких конструкций, превысила бы то количество энергии которое они способны были выработать за вероятный срок своего существования. Поэтому в каждом случае необходим тщательный анализ для определения рентабельности как финансовых, так и энергетических вложений. Анализ добычи и переработки горючих сланцев плато Колорадо показывает, что затраты энергии на механизацию горных работ, транспортировку сланцев, их экстракцию и очистку почти равны энергии от сжигания полученной таким путем нефти. Так что до тех пор, пока не будет найдена принципиально новая технология, горючие сланцы едва ли могут стать крупным источником получения нефти. Еще одна особенность новых источников энергии состоит в том, что экономисты называют проблемой темпов промышленного освоения. Если мы хотим, чтобы энергия в мире не иссякла, решающее значение приобретает не наличие ее потенциальных запасов, а скорейшее их освоение.

 

ЛЕКЦИЯ 15

Охрана окружающей среды

(2 часа)

Сведения о Красной книге; — особо охраняемые территории: заповедника, заказники, национальные парки.

Сведения о Красной книге. Сохранить окружающую нас живую природу необходимо для жизни будущих поколений. Однако одного рационального природопользования недостаточно. Нужна специальная организация охраны живой природы: флоры и фауны. Сейчас такая охрана организована на двух уровнях:

популяционно-видовом, когда охраняются отдельные виды животных и растений;

охрана совокупности или отдельных экосистем — особо охраняемых территорий (заповедников, заказников, национальных парков).

В 1948 году для избежания дальнейшего обеднения флоры и фауны Земли, был создан Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП). Созванная этим союзом комиссия собирала на протяжении многих лет информацию о редких и исчезающих видах животных и растений, составила "Красную книгу".

Красный свет — это сигнал запрета, понятный людям. Поэтому так была названа книга фактов о состоянии тех видов животных и растений, которые стали редкими или находятся под угрозой исчезновения.

Планета Земля населена различными живыми организмами. Формировались они миллионы лет и медленно изменялись соответственно сменам геологических » эпох. С развитием на Земле человеческой деятельности условия обитания организмов стали быстро меняться. В первую очередь пострадали животные. Многих из  них человек стал быстро истреблять, изобретая все новые способы и орудия охоты; вырубали леса, распахивали степи и прерии, что резко изменило условия обитания многочисленных видов зверей и птиц.

Опасность оскудения природы планеты была понята не сразу. Уже после того, как многие виды исчезли, люди увидели, что это безвозвратно, восстановить их не могут никакие современные средства научно-технического прогресса. Число уничтоженных видов для некоторых групп позвоночных животных достигло 10-20%. Не сразу стало ясно и то, что генетическая уникальность, неповторимость видов животных и растений делает уничтожение каждого из них равносильным потере бесценного дара природы. Ведь даже загрязненную воду можно очистить, восстановить, но возродить исчезнувший биологический вид невозможно.

Приведем несколько примеров. В XIX веке вымерло около 70 видов птиц и млекопитающих, а за первую половину нынешнего столетия с лица Земли исчезло еще 40 видов. В настоящее время угроза нависла еще более чем над 200 видами зверей и птиц.

Для отдельных замечательных представителей фауны можно назвать и точные сроки их конца: еще в X веке в лесах и лесостепях Европы был широко распространен дикий бык-тур. В 1627 г. погибло последнее животное. В 1879 году исчез последний тарпан (дикая лошадь), а ведь еще в XVIII веке в южнорусских степях паслись большие табуны этих лошадей. Всего 27 лет понадобилось для того, чтобы истребить морскую корову, впервые обнаруженную учеными Командорских островов в 1741 году. За сотню с небольшим лет истребили многомиллионные стаи
странствующих голубей: последний погиб в 1914 году. Инициативу по спасению исчезающих видов (в первую очередь было обращено внимание на животных) проявил Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП). В 1962 году после кропотливой работы Комиссия по охране редких и исчезающих видов подготовила первый проект списка редких видов птиц и млекопитающих. В 1966 году уточненный список был оформлен в специальную Красную книгу.

В международную Красную книгу по состоянию на 1979 год внесено 226 видов и 79 подвидов млекопитающих, 181 вид и 77 подвидов птиц, 98 видов и подвидов земноводных, J93 вида и подвида рыб. В Красной книге листы разного цвета: на красных - даны сведения о видах, находящихся под угрозой исчезновения; на желтых - "уязвимые виды"; на белых — сведения о "редких " видах, т.е. о тех, состояние которых внушает опасения; на зеленых - сведения о восстановленных и уже находящихся вне опасности видах. К сожалению, зеленых листов пока немного. Серые листы Красной книги предназначены для "неопределенных видов" -мало изученных и тоже как правило редких.

В 1978 году увидела свет и первая Красная книга бывшего СССР. Это стало выдающимся событием в деле охраны животных и растений на территории нашей страны.

В эту книгу было внесено 62 вида и подвида млекопитающих, 63 вида и подвида птиц, 8 видов амфибий , 21 вид рептилий и 437 видов сосудистых растений. В первом издании нет данных о беспозвоночных животных, в частности о насекомых; нет в книге сведений о рыбах, о низших растениях: мхах, лишайниках, водорослях. Эти пробелы заполнены в следующем издании.

Следует перечислить некоторые виды животных, птиц, растений и других, находящихся под угрозой исчезновения. К ним относятся виды, численность и ареал которых резко сократились и продолжают сокращаться в результате истребления, разрушения мест обитания или по другим причинам.

Эти виды не могут выжить без активного вмешательства человека. Для их спасения необходимо создавать специальные заповедники, заказники, питомники для искусственного разведения.

К таким отнесены следующие виды:

- животные: амурский тигр, снежный барс, леопард ( двух подвидов - среднеазиатского и восточносибирского), гепард, каракал, кулан, бухарский олень, горал и др;

- птицы: белоспинный альбатрос, красноногий ибис, белый журавль или стерх, японский журавль, горный гусь, пустынный сокол или шахин и др.;

- к числу редких видов относятся такие, численность или ареал которых имеют постоянную тенденцию к сокращению; для их сохранения необходима разработка особых программ по восстановлению численности. Сюда же условно отнесены и виды, о которых нет точных сведений, т.е. малоизученные, требующие дополнительных исследований.

К редким отнесены следующие вид:

- млекопитающие: красный волк, гигантский слепыш, перевязка, тяньданьский бурый медведь, полосатая гиена, манул, медоед, безоаровый козел, путоранский снежный баран и др.

- птицы: розовый и кудрявый пеликаны, черный аист, фламинго, малый лебедь, белощекая казарка, гусь-сухонос, мандаринка, орлан-белохвост, беркут, куцай, степной орел, скопа, сапсан, балобан, дикуша, дрофа, стрепет, турач и др.;

- амфибии: семиреченский лягушкозуб, кавказская саламандра, карпатский тритон, сирийская чесночница, камышовая жаба и др.;

- рептилии: дальневосточная черепаха, средиземноморская черепаха, крымский геккон, руинная агама, хентаунская круглоголовка, серый варан, леопардовый полоз, кавказская гадюка и др.;

- растения: женьшень, эдельвейс альпийский, самшиты колхидский и гиркан-ский, крымский эдельвейс, хурма обыкновенная, ряд видов рододендронов, несколько видов дубов (имеретинский, понтийский и т.д.), железное дерево, ряд видов тюльпанов, лотос, пихта камчатская, сосна пицундская, кедр европейский, ряд видов ковылей, два вида тиссов, водяной орех или чилим.

В Красной книге для каждого вида основные данные приводятся по строгой схеме: статус, распространение, места обитания, численность, запасы, разведение в неволе и культивирование, меры охраны и др.

Особо охраняемые территории. Заповедники. Государственный заповедник -это территория, навечно изъятая из всякого хозяйственного использования в научных и культурно-просветительских целях.

Самыми первыми в мире были "культурные заповедники" древней Вавилонии, Индии, Греции. У нас в стране чуть ли не у каждой сибирской народности существовали участки леса, где запрещалась охота - их называли "святые места".

В слове заповедник заложен древний корень ведать (знать), откуда происходит заповедать (объявить запрещенным); это слово древнее, оно встречалось еще в "Русской правде" киевского князя Ярослава Мудрого в XI веке.

Русскому народу было свойственно бережное отношение к природе. Много заповедных участков сохранилось с давних времен в Воронежской области, по Волге, Каме, Ворксле и т.д.

Сначала это были охотничьи заповедники. Экологические заповедники начали создаваться позднее. К тому же они были частными владениями (например, Аскания-Нова, Самарская заповедная степь и т.д.). В конце XIX века стали создаваться государственные заповедники, например, Баргузинский и др.

В нашей стране заповедники — это не место отдыха, а территория какой-либо климатической зоны или пояса, где сохраняется в естественном состоянии весь природный комплекс или его компоненты.

Заповедные территории и акватории служат опорными эталонами естественного состояния природных комплексов. В пределах этих относительно мало измененных человеком природных комплексов можно изучать естественный ход географических, геофизических, биологических и других процессов. Заповедники служат естественными эталонами, с которыми соизмеряют все антропогенные измерения ландшафтов. Одним из таких эталонов с природными территориальными комплексами, характерными для лесостепной зоны, является центрально черноземный заповедник под Курском, где ведутся многолетние исследования природных процессов.

Степень изменения почвенного покрова, деградация или обогащение флоры и фауны, микроклиматические и гидрологические нарушения и их следствия, рост и уменьшение биологического потенциала осваиваемых территорий и т.д. — все это можно оценить лишь при сопоставлении с аналогичными показателями заповедных комплексов.

В настоящее время заповедники располагаются почти во всех природных зонах земного шара. Это открывает большие возможности для скоординированных наблюдений за развитием глобальных, региональных и местных природных явлений, за их антропогенными изменениями.

По решению международных природоохранных организаций около 200 наиболее типичных для определения географических регионов мира охраняемых территорий объявлены биосферными заповедниками. Они отличаются хорошей сохранностью естественных природных условий, значительными размерами, а также удаленностью от крупных городов и промышленных центров.

Биосферные заповедники размещаются с учетом ландшафтной дифференциации географической оболочки. В них по единой международной программе осуществляются наблюдения за состоянием природной среды. Эти наблюдения являются составной частью системы глобального мониторинга, в которой биосферные заповедники выполняют роль региональных станций.

Некоторые заповедники бывшего СССР включены в единую международную сеть биосферных заповедников (Березинский в Белоруссии, Приокско-Террасный в Московской области, Центрально черноземный на Среднерусской возвышенности, Кавказский в Краснодарском крае, Сары-Челекский в Киргизии и др.). Заповедники могут оказать определенную помощь в поддержании оптимальных биологических, гидрологических и атмосферных условий на территории интенсивного хозяйственного освоения, там, где происходят значительные изменения природных ландшафтов.

На заповедных территориях и акваториях существуют оптимальные условия для жизни многих видов животных и растений. Поэтому они обычно используются для охраны и размножения редких видов. Только благодаря заповедникам удается сохранять таких животных, которые не могут приспосабливаться к ландшафтам, измененным человеком, например, львы, носороги, зубры, бизоны, бегемоты и многие другие. Некоторые виды растений также сохранились только в заповедниках, например, тисе, самшит и лотос на территории бывшего СССР, гигантская секвойя в США. Таким образом, заповедные территории служат важнейшей базой сохранения видового разнообразия животных и растений, используются для поддержания количества промысловых животных, являются хранилищем генетического фонда.

Заповедники могут играть значительную роль в пропаганде естественно-исторических знаний, идей охраны природы, выступать в качестве опорных центров такой работы.

Чаще всего под заповедники выделяются местности, наиболее характерные для определенных географических зон, стран и областей, типов ландшафтов. Часто заповедный режим устанавливается для редких и уникальных природных комплексов, которые имеют научное, эстетическое, оздоровительное, рекреационное и воспитательное значение. В ряде случаев для заповедников используют территории, на которых имеются отдельные природные объекты (растения, животные, формы рельефа, минералы и т.д.), представляющие большую научную ценность.

Большинство заповедников нашей страны имеют комплексное назначение. Заповедники специального назначения создаются главным образом для охраны отдельных объектов наиболее интересных в научном отношении. Так, в фаунистических заповедниках охраняется один или несколько видов животных. Например, заповедник Барсакельмес создан прежде всего для охраны сайгака, джейрана и кулана. Во флористических заповедниках охраняются редкие и исчезающие растения или отдельные растительные ассоциации. Например, Пицундский заповедник создан преимущественно для охраны пицундской рощи. Это единственный в мире хорошо сохранившийся на равнине комплексный массив реликтовой пицундской сосны.

В геолого-геоморфологических заповедниках охраняются редкие геологические объекты и формы рельефа. Так, в заповеднике "Столбы" под Красноярском охраняются красивейшие гранитосиенитовые скалы-столбы, возвышающиеся над тайгой стометровыми утесами. Ильменский заповедник (Челябинская область), основанный для сохранения уникального сочетания горных пород и минералов (свыше 200), сосредоточенных на небольшой площади, был преобразован в комплексный.

Заказники. У заказников режим охраны менее строгий, чем у заповедников, их значительно больше. Многие из них служат для сохранения интересных ландшафтов. Есть ландшафтно-исторические, палеонтологические, геологические, орнитологические, ботанические, клюквенные, ботанико-зоологические, ихтиологические, энтомологические и др. Каждый заказник по-своему самобытен и не похож на остальные.

На территории России тысячи заказников. Они имеются в каждом административном районе. Это могут быть гнездовья каких-либо птиц или территории, связанные с историческими событиями; отдельные виды растений (дубравы, ельники) и т.д. Особую ценность представляют ботанические кедровые заказники. Один из самых крупных — заказник в долинах рек Понью-Заостренная, а также заказник на правом берегу реки Печоры "Соплясские кедрачи".

Многие памятники природы взяты под охрану государства, это "Бузулукский бор", "Шипов лес", "Тульские засеки"

Национальные парки. Национальный парк принципиально отличается от всех других охраняемых природных объектов. Первый в мире национальный парк создавался "для пользования и на радость народа на все времена".

Много национальных парков в США и Канаде, в Швеции, Новой Зеландии и Африке. В Финляндии их более 20, в Венгрии — 3, на Аляске - 12 национальных парков. Самая большая охраняемая территория - национальный парк на острове Врангеля и "Гора св. Ильи".

На Черноморском побережье Кавказа - сочинский национальный парк, в Калининской области - национальный парк "Селигер". Во Франции национальный парк "Севенны" - это живописные Альпы; в Норвегии парк "Рондане", связанный с именами Ибсена, Грига, легендами о Пер-Гюнте.

яр, В заключение можно сказать, что количество различных заповедников и охраняемых территорий - увеличивается. Так, в 1996 году обсуждался вопрос об удалении пяти территорий России особо охраняемыми (заповедниками). Совершенно недопустимо вблизи заповедников строительство предприятий, загрязняющих окружающую среду.

 

ЛЕКЦИЯ 16

Ресурсы Мирового океана и их использование

(2 часа)

Что мы называем Мировым океаном; — об океане как кормильце человека и источнике полезных ископаемых; — океан как источник энергии.

Судя по фотографиям, сделанным из космоса, нашей планете подошло бы название "Океан", так как 70.8% всей поверхности Земли покрыто водой. В настоящее время принято разделять Мировой океан на четыре отдельных океана: Индийский, Атлантический, Тихий и Северный ледовитый и 75 морей.

Русский географ и океанограф Юрий Михайлович Шакальский назвал всю непрерывную оболочку Земли Мировым океаном. Это современное определение. Но когда-то все материки поднялись из воды, т.е. когда все континенты, в основном, сложились и имели очертания, близкие к современным, Мировой океан овладел почти всей поверхностью Земли.

Сейчас всю совокупность океанов и морей нашей планеты объединяют понятием "Мировой океан". Мировой океан на протяжении развития человеческой цивилизации играл очень большую роль в общении между странами и народами. Его роль особенно возросла в эпоху научно-технической революции, когда в рамках мирового хозяйства сложилась особая, четко очерченная составная часть — морское хозяйство. Оно включает морскую энергетику, рыболовство и марикульту-ру, международную и внутреннюю торговлю, морской туризм и рекреацию. В морском хозяйстве занято по меньшей мере 100 млн. человек.

С развитием морского хозяйства возникла проблема Мирового океана, связанная с использованием энергетических, биологических ресурсов, а также с загрязнением морской среды.

Океан - кормилец человека. Океан всегда кормил людей. С незапамятных времен человек ловил рыбу и ракообразных, собирал водоросли и моллюсков.

Кормовые ресурсы Мирового океана в два раза больше, чем суши и исчисляются колоссальной величиной - 40 млрд. т/год. И это не удивительно, ибо 80% солнечной энергии, ежегодно усваиваемой растениями нашей планеты, приходится на обитателей океана.

Максимальные урожаи зерна на суше составляют примерно 20 т с 1 га, а в прибрежных районах морей и океанов производство биологических ресурсов достигает 100-150 т/год с 1 га. При этом стоимость получаемых в море продуктов в несколько раз меньше, чем стоимость продукции сельского хозяйства на суше.

Уже сейчас человечество ежегодно добывает из моря более 50 млн. т. рыбы, ракообразных и моллюсков, китов и других морских животных, а также водорослей.

В скором времени человек увеличит эксплуатацию растительных богатств Мирового океана. Различные водоросли, от гигантской грушевой, весящей более 100 кг, до микроскопических, типа хлореллы, могут стать основой кормового рациона домашних животных, послужат сырьем для производства удобрений и других продуктов химической, косметической и фармацевтической промышленности.

Уже есть богатый успешный опыт искусственного разведения морских животных и растений. Более 200 лет разводят устриц у берегов Китая. В Японии, Англии, США и Франции есть морские фермы по разведению устриц и других съедобных моллюсков. Плантации морской капусты расположены по берегам тропических морей. Проводятся опыты по улучшению воспроизводства рыб с помощью искусственной подкормки.

Полезные ископаемые. Океаны обладают огромными запасами полезных ископаемых. Морская вода содержит почти все химические элементы, но многие из них в столь низких концентрациях, что стоимость их извлечения гораздо выше стоимости добычи тех же элементов на суше.

В промышленных масштабах из морской воды извлекают лишь немногие вещества, а именно: обычную поваренную соль, магний, бром.

Соль получают из моря с глубокой древности. В настоящее время около 33% мировой добычи соли приходится на долю морской воды.

Магний - незаменимая составляющая легких сплавов, применяется в самолето - и ракетостроении. В 1939 году англичанами был разработан технологический процесс отделения магния в форме гидроксида после смешивания извести с морской водой. В настоящее время магний, получаемый из морской воды, составляет более 60% его ежегодной мировой продукции.

Бром - элемент, необходимый для фотографии, фармацевтической промышленности и производства высокооктанового бензина, тоже в значительной степени добывают из воды.

Техника наших дней позволяет выделить из морской воды любые из растворенных в ней элементов периодической таблицы Менделеева. Однако из-за низкой концентрации многих из них, это экономически нецелесообразно, поэтому кроме названных веществ добывают только калий, серу, натрий, бор и литий.

Гораздо перспективнее в этом плане использование морских организмов, способных накапливать в своих телах рассеянные в воде элементы, увеличивая их концентрацию в несколько раз или даже порядков.

Так, голотурии и асцидии накапливают ванадий, процесс извлечения которого из морских обитателей уже разработан в Японии. Концентрация ванадия в зеленой крови асцидий в миллиарды раз превышает его содержание в морской воде. Крупные морские раки - омары и лангусты - накапливают кобальт. В клетчатке устриц собирается медь, а в организмах некоторых видов планктона — золото.

Так что в будущем не исключена возможность возникновения "заводов-ферм" по извлечению из морских существ химических элементов.

Кроме ресурсов, заключенных в самой воде, существенное количество минералов дает эксплуатация океанского дна, большую часть их добывают вблизи береговой линии или в мелководных зонах континентального шельфа. Среди шельфов часть принадлежит к числу чисто морских (например, Североморский бассейн), но большинство представляет собой продолжение бассейнов суши ( например, бассейны Персидского, Мексиканского заливов). Общие запасы нефти на шельфе оценивают в 120-150 млрд. т. Шельф России занимает площадь 1,2 млн. км2. Запасы нефти на нем в конце 80-х годов оценивались в 500 млн. т., природного газа - 4,5 трлн. м3. Но, по-видимому, с тех пор они заметно возросли благодаря новым открытиям в Баренцевом море и у берегов Сахалина.

Довольно широко разрабатываются прибрежно-морские россыпи твердых полезных ископаемых шельфовой зоны. Например, добыча оловянной руды в шельфовой зоне Индонезии, Таиланда и Малайзии, рутила и циркония у побережья Австралии, циркония и золота у побережья США, янтаря на берегах Балтийского моря.

В более глубоких слоях шельфа обнаружены отложения фосфоритов. Из числа глубоководных руд наибольшую ценность представляют железомарганцевые конкреции. В качестве своеобразных ресурсов дна Мирового океана можно рассматривать и сокровища затонувших судов: их количество на дне не менее 1 млн. Больше всего подводных кладов лежит на дне Атлантического океана. В сейфах знаменитого "Титаника" были похоронены ценности на миллиарды долларов. В годы второй мировой войны в Баренцевом море затонул крейсер "Эдинбург" с 465 золотыми слитками. Спустя сорок лет водолазы извлекли все золотые слитки и подняли их наверх.

Песок, гранит и известняк, используемые в строительстве, получают с пляжей или прибрежных вод. Вокруг Японии отсасывают по трубам подводные железосодержащие пески. Япония около 20% угля получает из подводных шахт. Над залежами угля сооружают искусственный остров и бурят ствол, вскрывающий угольные пласты.

Начиная с 1962 года ведутся разработки алмазного гравия вблизи берегов Намибии. Со дна Мексиканского залива с помощью перегретой воды вытапливается сера. Серное месторождение было открыто там при поисках нефти.

Нефть и газ являются самыми важными видами минерального сырья, добываемого на морском дне. Несмотря на трудности, уже сейчас около 20% мировой добычи нефти приходятся на морские разработки. По мере истощения нефтяных месторождений на суше, эта доля будет возрастать.

Нефть служит также сырьем для нефтехимической промышленности, производящей пластмассы, синтетические волокна, лекарства, пестициды, детергенты. В настоящее время подводные разработки нефти эффективно ведутся на значительных глубинах.

Океан как источник энергии. Современный уровень цивилизации и технологий был бы невозможен без дешевой и обильной энергии, которую предоставляет нам нефть и газ, добытые со дна морей и океанов. В то же время на Каспийском море, на побережье Арабских Эмиратов и во многих других местах практически уничтожен природный ландшафт, изуродована береговая линия, загрязнена атмосфера и истреблены флора и фауна.

Решить проблему энергетического кризиса на морских и океанических побережьях помогут электростанции, работающие на энергии приливов и отливов. Также с помощью прибоев работают мельницы. Общеизвестно, что приливы и отливы происходят два раза в сутки. Энергия одного приливно- отливного цикла

достигает примерно 8 трл. квт.ч, а это лишь немногим меньше общей мировой выработки электроэнергии в течение года. Следовательно, энергия морских приливов — неисчерпаемый источник энергии. Отличительная черта приливной энергии — ее постоянство. Океан, в отличие от рек " работает по графику" с точностью до нескольких минут. Однако технически строительство приливных электростанций часто бывает трудновыполнимо.

Необходимо упомянуть еще об одном ресурсе Мирового океана — ледниках, где сосредоточены основные запасы пресной воды - ледники Северного океана могут напоить пустыни. Практикуется транспортировка айсбергов к засушливым  берегам Африки и Азии.

В заключении можно сказать, что близок тот час, когда растущее человечество обратит свои полные надежды взоры к морю и воскликнет: "Море спасет нас! Море обеспечит нам обилие продуктов питания. Море даст нашей промышленности любое необходимое минеральное сырье. Море снабдит нас неисчерпаемыми источниками энергии. Море станет местом нашего обитания!"

 

ЛЕКЦИЯ 17

Рациональное использование и охрана лесов

(2 часа)

Значение лесов; — принципы рационального использования лесов; — роль заповедников в охране лесов.

Значение лесов. Всего тысячу лет назад территория нашей страны почти полностью была покрыта лесами. Лес тогда был колыбелью для людей, их домом, Кормильцем.

Лес сегодня продолжает оставаться основным источником древесного сырья. Ежегодно в лесах заготавливается примерно 400 млн. м3 деловой древесины, для этого вырубаются лесные насаждения на площади 2,5 млн. га. Но это только одна сторона дела. Практика показала, что чем выше уровень индустриализации и культуры общества, тем выше роль и значение леса не только как источника древесного сырья, но и как хранителя экологического благополучия жизни людей, способного благоприятно воздействовать на климат, ландшафт,  всю совокупность природных условий, необходимых для здорового развития человеческого организма.

Лес играет огромную роль в сохранении водных и земельных ресурсов, улучшении окружающей среды.. Значение леса как природного экологического потенциала особенно велико в связи с его способностью возрождаться.

Лес восстанавливает и стабилизует экологическое равновесие в природе, может быть использован для охраны и улучшения окружающей среды. Но его возможности не беспредельны - в условиях урбанизации, промышленного загрязнения лес утрачивает или ослабляет свои защитные функции. На долю лесов приходится всего 4,1 млрд. га или 8% поверхности земли. Все компоненты лесов связаны между собой и с окружающей средой. Обладая невероятной массой органического вещества, колоссальной энергией, огромной внутренней поверхностью и интенсивностью биологического круговорота, лес значительно сильнее других типов растительности влияет на энерго- и массообмен в биосфере, на ее функционирование, формирование природной обстановки, трансформацию климатических, геохимических и других факторов.

Три десятилетия назад от промышленных выбросов в атмосферу страдали в основном растительность городов и ближайших пригородов. В настоящее время в результате строительства высоких дымовых труб, которые уменьшают концентрацию вредных веществ в городе, вредные вещества разносятся на значительные расстояния. Вследствие этого гибнут леса, ранее не испытывавшие последствий загрязнения воздуха.

В США проводились исследования с целью выявления причин отмирания массивов еловых лесов в северной части штата Вермонт, которое стало особенно интенсивным с 1950-60 годов. Результаты полевых наблюдений и лабораторных исследований показали, что наиболее вероятная причина гибели деревьев - увеличение кислотности осадков.

Зеленый покров планеты непрерывно сокращается. Неудержимая погоня за прибылью - основная причина того, что в странах капитала лесов вырубается больше, чем воспроизводится. Это приводит к тому, что все меньше остается преград на пути разрушительных лавин, наводнений, пыльных бурь. Вырубка лесов ведет к распространению эрозии почв, ухудшению климата и другим неблагоприятным последствиям.

В настоящее время на каждого жителя планеты приходится менее 1 га леса, до второй мировой войны приходилось более 1 га.

Все, конечно, знают, насколько чище воздух в лесу, как там легко и свободно  дышится. А какую огромную роль "зеленых фильтров" играют деревья в густо-населенных промышленных районах, улавливая пыль и очищая воздух от вредных примесей.

Велико и климатообразующее значение леса как регулятора водного режима. I Лес часто сравнивают с насосом, выкачивающим благодаря транспирации очень

много воды из почвы и подстилающих ее грунтов. Кроме того, лес защищает почву от действия эрозии: уменьшает смыв почвенных частиц с ее поверхности и препятствует размыву, регулирует и задерживает снеготаяние.

Особенно большую водорегулирующую роль играет лес в горах, предохраняя почву от смыва, задерживая и ослабляя селевые потоки. Там где в горах вырублены леса, резко увеличивается количество и разрушительная сила наводнений, приносящих огромные бедствия. Сокращение площади лесов и их изменение под влиянием хозяйственной деятельности — очень характерное явление для всего земного шара. За историческое время человечество вырубило, сожгло, распахало, застроило И просто уничтожило более двух третей площадей лесного покрова, который был на планете, когда на ней появился человек. Сейчас лесами занято меньше 28% суши. Помимо рубок большой урон лесам во всем мире наносили и наносят пожары. Считается, что примерно 90% лесных пожаров возникает из-за безответственного отношения людей к охране леса.

Очень важно, чтобы жизнь леса никогда не прекращалась, так как его уничтожение ведет к разрушению всей экосистемы, разрушению почвы, уничтожению и изменению фауны, водного режима и уровня фунтовых вод, появлению пустошей, а затем и антропогенных пустынь. Для того чтобы этого избежать, в некоторых странах, в том числе и в России, разработаны разные системы рубок. Наиболее важными и совершенными являются системы постепенных и выборочных рубок, учитывающих разновозрастность древостоев и скорость их роста в зависимости от условий существования в различных физико-географических регионах.

Одной из важнейших современных проблем является сокращение лесопокрытых площадей, особенно в южных районах, лесов водоохранных, полезащитных, пригородных и т.д., а также токсическое воздействие на лесные биогеоценозы различных  промышленных  загрязнений и выбросов, сточных вод и др.

Лес - один из основных типов растительного покрова земли, источник древесины, источник получения разнообразных полезных растительных продуктов, среда обитания животных.

По данным ФАО (продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН), потребность в лесоматериалах к 2000 году превысит 5 млрд. м3. Лесу при надлежит огромная роль в поддержании гидрологического режима рек, предупреждении эрозии почвы, борьбе с засухами, регулировании кислородного баланса в атмосфере и, следовательно, в создании условий жизни на земле. Деревья, образно говоря, являются той зеленой "фабрикой", которая восстанавливает живительную силу отработанного воздуха. Производительность этой фабрики зависит от продуктивности древостоев. Чем лучше растут леса, тем больше они выделяют кислорода и тем быстрее поглощают углекислый газ.

Лес, особенно хвойный, выделяет фитонциды (летучие вещества, обладающие бактерицидными свойствами), которые убивают болезнетворные микробы, оздоровляют воздух. В определенных дозах фитонциды благотворно влияют на нервную систему человека, способствуют улучшению обмена веществ и стимулируют сердечную деятельность.

Важна роль лесных насаждений в создании благоприятного микроклимата. Леса умеряют как сильные морозы, ветер, так и летнюю жару, поэтому очень важно сохранять их, а также зеленые насаждения населенных мест.

Зелень существенно снижает солнечную радиацию. Среди зелени людям легче дышится, здесь не досаждают зной и пыль, не утомляют резкие шумы. В тени растений смягчаются световые контрасты.

Экологическое значение леса огромно. Будучи важной составной частью природного комплекса, он выполняет стабилизирующие функции в регулировании естественных процессов, происходящих в биосфере планеты. Лесозащитные полосы оказывают большое влияние на регулирование стока, гидрологический режим местности, улучшение микроклимата, надежно защищают прилегающие поля от вредного действия суховеев, засух и пыльных бурь.

На протяжении всего послевоенного времени наблюдается сведение лесов. Наибольшее беспокойство вызывает разрушение тропических лесов: в них сосредоточено 60% существующих и 70-90% исчезающих видов растений. Начались массовые заболевания в Европе и Северной Америке из-за загрязнения атмосферы, вод и почв.

Самая большая беда наших лесов — заготовка древесины в огромных масштаба. Вследствие интенсивных рубок практически уничтожены хвойные леса центральной России, исчерпаны резервы промышленных заготовок в западных районах, неуклонно сокращаются лесосырьевые ресурсы и сводятся леса в Сибири и  Дальнем Востоке.

 Уничтожение лесов вызывает кардинальные изменения климатических условий, водного режима, состояния почв.

.По действующему законодательству пользование лесами для разнообразных нужд народного хозяйства и населения осуществляется, как правило, на основании специальных разрешений государственных органов лесного хозяйства и других органов предприятий, организаций и учреждений, ведущих это хозяйство.

Пользование лесными богатствами должно быть рациональным - продуктивным и планомерным. Это значит, что в них должно поддерживаться экологическое равновесие - созданы условия для естественного возобновления популяций деревьев, лекарственных трав, грибов и промысловых животных. Один из принципов рационального использования лесов — соблюдение расчетной лесосеки, не превышение плана заготовок древесины в пределах годичного прироста. Это особенно касается ценных пород деревьев — ели, сосны, пихты. Превышение плана рубки приводит к тому, что происходит смена пород и утрата лесов с ценной древесиной. При рубках обязательно нужно оставлять крупные деревья, чтобы из их семян мог восстановиться лес нужной породы.

Созданы специальные службы, сохраняющие леса от пожаров, которые ежегодно уничтожают десятки тысяч гектаров леса.

При выпасе скота в лесах погибают молодые деревца, ухудшаются условия для роста взрослых деревьев. Для того чтобы исправить ситуацию, прекращают выпас скота.

Леса могут погибать при строительстве водохранилищ или крупных дорог, Нарушающих подземный сток грунтовых вод. Для уменьшения подтопления на таких участках высаживают деревья, которые меньше страдают от избытка влаги (тополь, ольха, ива).

Для сохранения способности популяций лесных растений и животных к восстановлению, органы исполнительной власти контролируют использование лесных богатств, выдают специальные разрешения (лицензии) на отстрел животных и заготовку определенного количества растительного сырья.

Большой вред лесным экосистемам наносит захламление лесов древесными остатками при заготовке древесины и бытовым мусором. Поэтому необходимо своевременно проводить очистку замусоренных лесов.

Очень важно экономно и эффективно использовать заготовленную древесину. В России при заготовке деревьев используют от 50 до 70% их биомассы. Остальное гниет на вырубках или сжигается. В Японии используют 99%, включая пни и кору, из которой готовят субстрат для выращивания грибов. После того, как грибы используют нужные питательные элементы, порошок коры можно применять как органическое удобрение. Та часть древесины, которую нельзя использовать для изготовления пиломатериалов (сучки, стружки), становится сырьем для производства спирта и различных прессованных изделий (древесноволокнистых плит и т.д.).

Особую роль в сохранении и восстановлении лесов играют заповедники, а также микрозаповедники, заказники, т.е. все территории, где запрещена вырубка леса.

На территории России много заповедников, среди них такие старейшие, как Приокско-Террасный, Окский, Воронежский, Центрально-Черноземный, Мордовский, Астраханский. У этих заповедников уже есть своя история, насыщенная опытом научных исследований, организации и ведения заповедного дела.

Таким образом, рациональное использование позволит сохранить и восстановить богатства лесов.

 

ЛЕКЦИЯ 18

Правовые и социальные аспекты экологии

(2 часа)

Экологическое право; — история Российского природоохранного законодательства; — экологический мониторинг; — основные направления современной экологической политики; — международное экологическое сотрудничество.

Экологическое право. Право может выполнять определенную роль в обеспечении благоприятной природной среды для человека, оно может придать некоторым жизненно важным отношениям в системе "общество-природа" нормативный, обязательный характер.

Регулирование экологических (как и общественных) отношений с помощью права должно начинаться с принятия обоснованных законов. Основой законодательства служит Конституция страны.

В Конституции Российской Федерации записано: "Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду и возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическими правонарушениями.

Право граждан на окружающую природную среду определяется двумя основными  положениями:

1)    экологическим    воспитанием    и    образованием;

2) государственной гарантией экологических прав.

Права граждан включают:

·        возможность запроса о предоставлении достоверной информации о состоянии природной среды и мерах по ее охране;

·        требования отмены решения о размещении, строительстве, эксплуатации экологически вредных объектов;

·        привлечение к ответственности лиц, виновных в экологических правонарушениях.

Исполнение экологических законов обеспечивается всей системой государственных органов, организацией экологической экспертизы, образованием охраняемых территорий и объектов.

История Российского природоохранного законодательства имеет глубокие корни - еще при Иване Грозном был издан указ о запрете охоты и рубки леса на территории нынешнего Лосиного острова - там были царские охотничьи угодья.

Затем Петром 1 был издан указ "О сбережении сосновых и дубовых лесов вдоль главных рек России". Поэтому Россия - одно из первых государств, которое стояло у истоков природоохранительного законодательства. Еще до революции у нас были созданы первые заповедники (например, Баргузинский). После революции также был издан ряд декретов, имеющих природоохранное значение ("Об охране памятников, садов и парков", "О лесах", "О сроках охоты и праве на охотничье ружье" и т.д.). В советское время был принят ряд законов о создании заповедников, заказников, национальных парков.

Новый закон "Об охране окружающей среды" появился в 1991 году. В настоящее время это основной документ, определяющий и регулирующий отношения в сфере взаимодействия природы и общества. В нем рассматриваются основные Принципы, на которых должно строиться это взаимодействие: приоритет охраны Жизни и здоровья человека; научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов; рациональное использование природных ресурсов с учетом законов природы; соблюдение требований природоохранного законодательства, гласность в работе, тесная связь с общественными организациями и населением в решении природоохранительных задач (из статьи 3 "Закона").

В статьях 11 и 12 рассматриваются права граждан на здоровую и благоприятную окружающую среду, полномочия и обязанности граждан.

В "Законе" есть также специальные статьи об экологическом образовании и воспитании населения. В конце 1993 года в соответствии с решением Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) был разработан национальный план действий России по окружающей среде, определяющий экологическую политику страны. 4 февраля 1994 года Указом Президента РФ одобрены "Основные положения государственной стратегии РФ по охране окружающей среды и устойчивому развитию". В 1996 году правительством утвержден проект Концепции устойчивого развития Российской Федерации.

Федеральные и целевые программы - это средство реализации экологической политики государства. Среди программ, разработанных Министерством охраны природы и рационального использования природных ресурсов, следующие:

·        "Экологическая безопасность России";

·        "Обеспечение безопасности озера Байкал";

·        "Снижение уровней облучения населения и персонала от природных радиоактивных источников";

·        "Конверсия - экологии";

·        "Отходы";

·        Программа по сохранению биоразнообразия;

·        Программа поддержки заповедников и национальных парков;

·        Программа по сохранению озонового слоя;

·        "Защита от наводнений".

Это только некоторые из списка природоохранных программ правительства, в который входят также программы по экологически неблагоприятным районам, зонам экологического бедствия и экологического кризиса.

Правительством предусмотрено экологическое регулирование природопользованием через систему платежей, налогов, штрафов.

Штрафы налагаются на основании составленного на месте нарушения акта. Составить его имеют право работники охраны природы или общественные инспекторы по охране природы. Ущерб, причиненный природе, подлежит возмещению. В уголовном кодексе имеется ряд статей, которыми регулируется правовая охрана Природы.

Важным элементом регулирования качества окружающей среды является введение норм, ограничивающих выбросы вредных веществ в природную среду -'норм предельно допустимых концентраций (ПДК) в атмосферном воздухе, воде и почве.

В нашей стране действует общегосударственная система наблюдений и контроля за загрязнением внешней среды. Результаты отражаются в так называемой "Белой книге" — это "Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды РФ" за каждый год.

Создана система глобального мониторинга, т.е. слежения, контроля и прогноза загрязнения окружающей среды. Ведутся наблюдения за выбросами серы, азота, содержанием тяжелых металлов (свинца, ртути, кадмия, мышьяка), ДДТ, хлорорганических и других вредных соединений. Осуществляется контроль за использованием пестицидов, системами удобрений и мелиорации земель. Если нормы не соблюдаются — налагаются штрафы.

Экологический мониторинг. Мониторинг от латинского "monitor" - предостерегающий. Это система регулярных длительных наблюдений, дающих информацию о состоянии окружающей среды для того чтобы оценить прошлые, настоящие И будущие изменения в этой среде при воздействии на нее человека.

Существуют различные виды мониторинга. По объектам наблюдения: мониторинг атмосферы, воды и почвы. При этих видах мониторинга отмечается также состояние флоры и фауны. Существует мониторинг экосистем, когда наблюдения ведутся за всеми компонентами.

По методам ведения мониторинга различают: биологический (с помощью биоиндикаторов) и дистанционный (наблюдение на расстоянии) — авиационный, (Космический — при этом делают снимки с самолета, из космоса, а затем их расшифровывают.

По целям мониторинг может быть диагностическим, контрольным, прогнозным и т.д..

Существует мониторинг состояния здоровья населения в экологически неблагополучных районах.

Первое условие для проведения мониторинга - выбор территории (участка) для проведения наблюдений или исследований. Это может быть площадка 1 х 1 м2, или большая 15x15 км2, или целая деревня или район, где проживает определенная группа населения. Если это район, подвергшийся радиационному облучению или какому-либо химическому воздействию, то такую группу людей называют "группой   риска".

Рассмотрим как проводится биологический мониторинг, включающий:

·        контроль за состоянием объектов биологического мониторинга (за конкретными видами животных и растений на выбранной вами площадке);

·        контроль за источником нарушения биологического равновесия;

·        прогноз экологического состояния объектов наблюдения

·        разработка мероприятий по сохранению равновесия в экосистемах.

Такой мониторинг можно проводить на пришкольном участке, в поле, лесу,

где вы часто бываете, около водоема, в парке города, а также в заповедниках.

Наблюдения нужно регистрировать, т.е. вести записи в дневнике, а также можно и полезно прилагать цветные фотографии.

Часто при оценке качества окружающей среды и уровня загрязнений применяют биоиндикацию — метод, когда оценку состояния производят с помощью разнообразных биологических индикаторов, т.е. о наличии загрязнений судят по внешнему виду некоторых растений или животных.

Так если атмосфера сильно загрязнена SO2 — хвойные растения первыми будут реагировать на такой тип Загрязнений, хвоя пожелтеет и начнет опадать. Когда дворники чрезмерно посыпают солью дорожки, то на листьях липы весной и летом появляются черные пятна. Если почва подверглась засолению, то на это укажут растения-индикаторы: солерос, бодяк бесстебельный, подорожник солончаковатый; в воде, если много солей, тростник, который при хороших условиях может достигать 4 м, будет не выше 0,5 м; появление в водоемах рдеста плавающего и ряски - признак его сильного загрязнения; на полях, если растут щавелек малый и клевер пашенный, - почва кислая, если растут паслен черный и крапива жгучая, есть вероятность, что почву "перекормили" азотными удобрениями и урожай может быть загрязнен нитратами. В водоеме загрязнения можно определить по его прозрачности или мутности, а также по изменению рН (кислотности). Некоторые водоросли накапливают вредные вещества в больших количествах, в результате меняется их окраска (буреют) и появляется резкий запах того вещества, которое накопилось (например, фенол).

Тонкие индикаторы загрязнения атмосферы - некоторые виды мхов и лиников. Некоторые лишайники исчезают при самом слабом загрязнении атмосферы. Лишайники накапливают химические и радиоактивные загрязняющие вещества. По их анализу можно точно "засечь" появление загрязнений, В частности при анализе лишайников в Швеции было установлено появление радиоактивной ПЫЛИ Чернобыльской АЭС.

Часто у деревьев от загрязнений листья сворачиваются в трубочку или теряют окраску (с зеленой на желтую или красно-бурую). Так тюльпан Грейга, а также некоторые виды гладиолусов реагируют на загрязнения, и их используют, как индикаторы.

В настоящее время для наблюдения за окружающей средой и составления Прогноза состояния экосистем используют сложную технику — от компьютеров до вертолетов и космических станций слежения, а также фотокамеры, сканерные, телевизионные, радиолокационные, лазерные и другие системы.

Осуществляется контроль (мониторинг) и за состоянием здоровья населения. В зависимости от загрязнения окружающей среды. Так люди, попавшие в область движения радиоактивного облака после аварии на Чернобыльской АЭС, находятся ПОД наблюдением. У них выявляются и регистрируются все отклонения в состоянии здоровья - показатели крови, частота возникновения сердечно-сосудистых-и гипертонических заболеваний, кишечных инфекций, ОРЗ и др. Ведется наблюдение за изменением наследственного аппарата, т.е. за нарушением в структуре ДНК - различные нарушения на уровне хромосом — хромосомные аберрации, частота возникновения мутаций и т.д.

Таким образом, система мониторинга - новейший и необходимый метод экологических исследований, позволяющий установить точки экологического кризиса и предотвратить его наступление.

В систему глобального мониторинга вовлечены все страны мира, в этой отдели экологической науки - самое тесное международное сотрудничество. .

В настоящее время международное сотрудничество возглавляет ЮНЕСКО. Ею была разработана Межправительственная программа по окружающей среде (ЮНЕП) и создана всемирная система станций учета и наблюдения (мониторинга) за состоянием и изменением биосферы.

Международными организациями ВОЗ (всемирная организация здравоохранения) разработаны и другие программы:

- "Гигиена окружающей среды (Продовольственная и сельскохозяйственная         организация)

- "Сельскохозяйственные химикаты и отходы";

- ЮНИДО (Организация ООН  по промышленному сотрудничеству) — "Производственная среда".

В 1992 году в Рио-де-Жанейро состоялся форум экологов - Конференция ООН по окружающей среде и развитию, которая приняла программу будущего -"Повестка дня на XXI век" и провозгласила принцип совместного развития природы и общества как принцип "устойчивого" (самоподдерживающего) развития. Устойчивое развитие в глобальной системе "общество — природа" означает соблюдение динамического равновесия в социоэкосистемах различного уровня. При ограниченных ресурсных возможностях нашей планеты необходимо, чтобы со стороны развивающегося общества поддерживалось и соответствующее развитие природной среды.

Главная идея концепции - создание условий и механизмов для взаимоувязанного социально-экономического и экологического развития, обеспечивающих возможность существования человечества на планете Земля.


Рекомендуемая литература

Основная

1. Х.Миркин  Б.М.,  Наумова Л.Г.    "    Экология    России".  -  М.:  АО  МДС, Юнисам, 1995.

2.Чернова Н.М., Бшова A.M. "Экология". -М.: Просвещение, 1988.

З.Бродских А.К. "Краткий курс общей экологии". - С-Петербург, Изд-во Спб университета, 1992.

4. Макевнин С.Г., Вакулин А.А. "Охрана природы". - М.: Агропромиздат, 1991.

5.Страдницкий Г.В., Яковлева О.И., Прохоров Б.В. " Охрана природы (основы рационального природопользования)". - М.: Лесная промышленность, 1989.

 

Дополнительная

6. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., "Экология". — М.: Дрофа, 1995.

7. Агексеев СВ. " Экология". -Спб: СМИО Пресс, 1997.

8. Мамедов Н.М., Суровегина И.Т. "Экология". - М.: Школа-Пресс, 1996.

9. Реймерс Н.Ф. " Природопользование". Словарь-справочник. - М.: Мысль, 1990.

10. Реймерс Н.Ф. "Охрана природы и окружающей среды. Словарь- справочник. -М.: Просвещение, 1992.

11. Одум Ю. "Экология" : в 2-х томах . - М.: Мир, 1986.

12. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. " Экология : особи, популяции и сообщества." В 2-х томах. - М .: Мир, 1989.

13. Вернадский В.И. " Живое вещество и биосфера". - М.: Наука, 1994.

14.Максаковский В.П. " Географическая картина мира" Ч. II. Глобальные проблемы человечества." - Ярославль: Верх-Волжск.кн. изд-во, 1996.

15.Ревелль П., Ревелль Ч. " Среда нашего обитания" в 4 — х книгах. — М.: Мир, 1994.

16.Красная книга РСФСР: Животные . - М.: Россельхозиздат, 1985.

17.Красная книга РСФСР: Растения . - М.: Россельхозиздат, 1988.

18.Никитин Д. П., Новиков Ю.В. " Окружающая среда и человек". - М.: Высшая школа, 1986.

19.Воронцов А.И., Щетинский Е.А., Никодимов И. Д., " Охрана природы". - М.: ВО Агропромиздат, 1989.

20.Мэннинг У. Дж., Федер У. А. " Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений". - М.: Гидрометеоиздат, 1985.