Принципы экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Экология как наука, задачи и методы экологии

Экология (греч. oikos - жилище, местопребывание, logos - наука) - биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким зоологом Эрнстом Геккелем. Становление экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т.е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи. Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

Главная же теоретическая и практическая задача экологии - раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Взаимодействие человеческого общества и природы стало одной из важнейших проблем современности, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим: исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и др.), ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур. Антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой, в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие.

Для решения этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия ботаников, зоологов и микробиологов, придает эволюционному учению, генетике, биохимии и биофизике их истинную универсальность.

В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится наукой не только биологической, но и социальной.

Методы экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т.е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т.е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т.е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования природных процессов широко используется также метод математического моделирования. Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Однако сама по себе математическая модель не может служить абсолютным доказательством правильности той или иной гипотезы, но она служит одним из путей анализа реальности. Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить равновесие природы, но и управлять экосистемами.

2. Круговорот воды

Круговорот воды на Земле, называемый также гидрологическим циклом, включает поступление воды в атмосферу при испарении и возвращение ее назад в результате конденсации и выпадения осадков.

В общих чертах круговорот воды всегда состоит из испарения, конденсации и осадков. Но он включает три основные «петли»:

1. поверхностного стока: вода становится частью поверхностных вод;

2. испарения - транспирации: вода впитывается почвой, удерживается в качестве капиллярной воды, а затем возвращается в атмосферу, испаряясь с поверхности земли, или же поглощается растениями и выделяется в виде паров при транспирации;

3. грунтовых вод: вода попадает под землю и движется сквозь нее, питая колодцы и родники и таким образом вновь попадая в систему поверхностных вод.

Согласно схеме круговорота воды, фонд воды в атмосфере невелик; скорость оборота выше, а время пребывания меньше, чем для углекислого газа. На круговороте воды начинают сказываться глобальные последствия деятельности человека. Учет осадков и речного стока во всем мире сейчас хорошо поставлен; необходимо, однако, как можно быстрее наладить более полный контроль всех основных путей движения воды в круговороте. Следует подчеркнуть два других аспекта круговорота воды.

1. Отметим, что море теряет из-за испарения больше воды, чем получает с осадками; на суше положение обратное. Другими словами, та часть осадков, которая поддерживает наземные экосистемы, включая и поставляющие пищу человеку, приходит благодаря испарению с моря. Установлено, что во многих областях 90% осадков приносится с моря.

2. Согласно оценкам, вес воды пресных озер и рек - 0,25 геограмма (1 геограмм=10²⁰ г), а годовой сток - 0,2 геограмма; следовательно, время оборота составляет около года. Разность между количеством осадков за год (1,0 геограмм) и стоком (0,2 геограмма) составляет 0,8; это и есть величина годового поступления воды в подпочвенные водоносные горизонты. Как уже указывалось, увеличение стока в результате деятельности человека может уменьшить очень важный для круговорота фонд грунтовых вод. Нам следовало бы возвращать больше воды в водоносные слои, не пытаясь хранить ее всю в озерах, откуда она быстрее испаряется.

3. Виды ответственности за экологические правонарушения

биоценоз экосистема экологический правонарушение

Классификация видов ответственности за экологические правонарушения достаточно разнообразна. Наибольшее распространение получило деление на виды ответственности по ее отраслевой принадлежности: уголовная, административная, гражданско-правовая, дисциплинарная, международно-правовая. Любой вид юридической ответственности по этой классификации обладает такими элементами, как основания ответственности, субъекты, условия, меры ответственности, процедура и порядок применения ответственности. Принципиально структура всех видов ответственности одинакова, но содержание элементов для каждого вида свое, и именно по содержанию этих элементов, различаются виды ответственности.

Некоторые авторы, основываясь на известных в законодательной практике критериях, все виды ответственности в области охраны окружающей природной среды по основаниям возникновения разделяют на объективную и субъективную. К объективной относится гражданско-правовая ответственность, возникающая по факту причинения вреда при использовании источника повышенной опасности независимо от вины его владельца. Здесь факт причинения вреда деянием - объективное основание ответственности, а норма закона, ее предусматривающая - формальное основание. Субъективной будет ответственность, возникающая только при наличии у субъекта правонарушения вины как обязательного признака состава правонарушения. С этих позиций вину можно считать субъективным основанием ответственности.

По способам воздействия выделяют ответственность: компенсационную, направленную на возмещение вреда, и репрессивную, реализующуюся в применении наказания. К компенсационной относится, в частности, обязанность возместить причиненный вред, предусмотренная нормами гражданского и административного права. К репрессивным видам относится, например, административная, уголовная, дисциплинарная ответственность.

По сфере применения в литературе выделяются хозяйственно-правовая, государственно-правовая и другие виды ответственности.

4. Влияние тяжелых металлов на здоровье человека

Богат и интересен мир металлов, среди которых встречаются старые друзья человека: медь, железо, свинец, ртуть, золото, серебро, олово. Эта дружба насчитывает уже тысячи лет. Но есть и такие металлы, знакомство с которыми состоялось лишь в последние десятилетия. Свойства металлов чудесны и разнообразны. ртуть, например, не замерзает даже на морозе (температура плавления -39°С), а вольфрам не боится самых жарких объятий (самый тугоплавкий и выдерживает температуру свыше 3000°С). Литий может быть отличным пловцом: он вдвое легче воды и при всём желании не сможет утонуть, а осмий - чемпион среди металлов-тяжеловесов - камнем пойдёт ко дну. Серебро «с удовольствием» проводит электрический ток, а у титана явно «не лежит душа» к этому занятию: его электропроводность в 300 раз ниже, чем у серебра. Железо мы встречаем на каждом шагу, а гольмий содержится в земной коре в таких мизерных количествах, что даже крупицы этого металла стоят баснословно дорого: чистый гольмий в несколько раз дороже золота.

А чем же привлекли к себе внимание тяжёлые металлы?

Существует более 50 элементов, которые могут быть отнесены к тяжёлым металлам, 17 из них считаются очень токсичными, но довольно широко распространёнными. Токсичная концентрация зависит от вида металла, его биологической роли и вида организма, который подвергается его воздействию.

Токсичность тяжёлых металлов связана с физико-химическими свойствами металлов. Так, высокая электроотрицательность ртути даёт ей возможность в первую очередь взаимодействовать с активными центрами ферментов и снижать их активность, а у растений - подавлять фотосинтез в хлоропластах.

Металлы побочных подгрупп больших периодов в организме человека содержатся в малых количествах, но при переходе от лёгких металлов к тяжёлым токсичность их возрастает. Анализируя химический состав человеческого организма, учёные пришли к выводу, что тяжёлые металлы оказывают влияние не только на физиологическое, но и на психическое состояние человека. Например, известно, что при стрессе содержание цинка в крови возрастает, а повышенное содержание никеля и марганца в крови происходит незадолго до инфаркта. Методом масс-спектроскопии было обнаружено, что у агрессивных людей в волосах обнаруживается повышенное содержание свинца, железа, кадмия, меди и пониженное цинка, кобальта. Таким образом, содержание металлов в организме человека даже в очень малых количествах жизненно необходимо, и падение концентрации ниже допустимого уровня ведёт к тяжёлым расстройствам. Это объясняется тем, что многие металлы выполняют главным образом функции катализаторов.

Молодёжь более подвержена токсическому воздействию тяжёлых металлов. Неблагоприятными результатами их воздействия являются ослабление роста и развития, нарушения деятельности нервной системы, а также может стать причиной развития аутоиммунитета, при котором иммунная система разрушает свои собственные клетки. Это может привести к заболеваниям суставов, к поражению почек, системы кровообращения и нервной системы.

Тяжелые металлы, поступившие в организм при острых или хронических отравлениях, могут длительное время сохраняться в костях, не вызывая каких-либо ярких болезненных проявлений. И только при некоторых состояниях, например - когда из костей происходит ускоренное вымывание кальция и фосфатов, ионы тяжелых металлов поступают в кровь и вновь вызывают клинические расстройства.

Отравление свинцом чрезвычайно опасно для маленьких детей, т.к. он отрицательно действует на развитие мозга и нервной системы. Дети дошкольного возраста наиболее восприимчивы к вредному воздействию свинца, поскольку их нервная система находится в стадии формирования. Даже при низких дозах свинцовое отравление вызывает снижение интеллектуального развития, внимания и умения сосредоточиться, отставание в чтении, ведет к развитию агрессивности, гиперактивности и другим проблемам в поведении ребенка. Эти отклонения в развитии могут носить длительный характер и быть необратимыми. Низкий вес при рождении, отставание в росте и потеря слуха также являются результатом свинцового отравления. Высокие дозы интоксикации ведут к умственной отсталости, вызывают кому, конвульсии и смерть.

У взрослых симптомами отравления свинцом могут быть: повышение артериального давления, боли, онемение или покалывание в конечностях, мышечные боли, головная боль, спастические боли в животе, запор, снижение памяти, ухудшение потенции, Воздействие свинца нарушает женскую и мужскую репродуктивную систему, снижение иммунитета и малокровие. При длительном течении развивается энцефалопатия, полиневропатия, токсическое поражение печени и почек. Свинец вызывает выведение из организма жизненно-необходимых элементов: кальция, магния, фосфора.

У некоторых людей, из-за исследованных генетических особенностей обменных процессов, ртуть не выводится из организма. И, накапливаясь, поражает многие системы, в том числе головной мозг, проникая через гематоэнцефалический барьер (через кровь и оболочки мозга). Кроме того, у всех детей ртуть накапливается в организме из-за возрастных особенностей физиологии. Основная часть попадающей в организм ртути выводится печенью с желчью, а у детей желчь практически не вырабатывается.

Хроническое отравление ртутью может привести к атаксии нижних конечностей, вызывающей появление характерной «мозжечковой» походки. Возможны тремор рук и языка, жалобы на чрезмерную саливацию и металлический вкус во рту. На альвеолярном краю десен появляется голубая линия, как при отравлении свинцом и висмутом. В число классических симптомов отравления парами ртути входят: интенционный тремор, эретизм (потеря памяти, отсутствие самоконтроля, раздражительность, возбудимость, утрата уверенности в себе, сонливость и депрессия), гингивит.

Кадмий относится к числу высокотоксичных металлов. Он действует на самые разные органы и системы. Металл обладает очень высокой способностью накопления в организме. Пары кадмия, образуемые при плавлении, являются чрезвычайно опасными и представляют собой основную причину острых смертельных интоксикаций металлами. Установленные и подозреваемые эффекты кадмия (от гипертонии до развития опухолей) наряду с его широким и все возрастающим использованием и накоплением в окружающей среде заставляют предположить, что этот металл представляет наивысшую угрозу человечеству, как экополлютант.

Кадмий очень медленно выводится из организма. Среднесуточная скорость выведения составляет не более 0,01% от общего количества, содержащегося в организме. Период полувыведения кадмия из организма человека составляет по современным оценкам 25-30 лет. Первоначально Сd в неизмененном состоянии выделяется через почки. Однако после развития нефропатии происходит значительное увеличение выведения элемента с мочой в комплексе с металлотионеином.

Проявления хронического воздействия кадмия наиболее отчетливо прослеживаются со стороны дыхательной системы и почек. Поражение легких возникает исключительно при ингаляционном способе воздействия, в то время как почки страдают при поступлении кадмия в организм всеми возможными способами.

Другими эффектами хронического действия металла являются поражения опорно-двигательного аппарата, нарушение функций сердечнососудистой системы.

Доказана роль кадмия в развитии инфаркта миокарда. Кадмий (как и свинец) накапливается в больших количествах и поражает клетки не только печени, но и всей мышечной системы, вызывает тромбоз сосудов, разрушает иммунитет.

Арсенизм, или отравление мышьяком, столь распространенное и любимое в эпоху средневековья, к счастью в наше время - очень редкая болезнь.

Соли, оксиды и пары мышьяка чрезвычайно опасны. Препараты на основе мышьяка используются в качестве гербицидов для опрыскивания фруктов, в качестве инсектицидов, яда для крыс и во многих промышленных процессах. Различают острый и хронический арсенизм.

Острое отравление, обычно, наблюдаемое при суициде встречается гораздо реже по сравнению с хроническим отравлением с мышьяковой пылью, парами мышьяка, как в промышленности, так и в сельском хозяйстве, что нередко является причиной смерти и в наши дни. Механизм воздействия на клетку еще полностью неясен. Однако известно, что мышьяк соединяется с сульфгидрильными группами (SH - группами). Вот почему при хронической интоксикации мышьяк скапливается в волосах, ногтях, эпидермисе и может там обнаруживаться. Возможно, что мышьяк может инактивировать энзимы, содержащие SH - группы и, таким образом, являться ингибитором дыхательных ферментов. Клинически, для хронического отравления мышьяком характерно быстро развивающиеся недомогание и мышечная слабость. Затем появляются онемение и периферические параличи. Нередко первичный диагноз связан с появлением кожных пигментных пятен, характерных для хронической интоксикации. Если установлен источник отравления, и он вовремя обезврежен, то прогноз благоприятен при условии адекватно проведенного лечения.

5. Методы утилизации ТБО

Существует два основных метода переработки ТБО: механико-биологический и термический.

К механико-биологическим методам относятся: компостирование отходов после предварительной сортировки: механизированная сортировка, сушка и уплотнение отходов для экологически безопасного их захоронения на специальных полигонах; сортировка отходов, производимая в основном населением, и распределение их (стекла, металла, полимеров, бумаги) по предприятиям переработки вторичных материалов.

Термические методы включают: сжигание отходов, преимущественно их бумажно-полимерных компонентов, которое производится в установках с колосниковыми решётками или в топках с кипящим слоем; пиролиз, представляющий высокотемпературное разложение отходов (выше 600 градусов) без доступа кислорода во вращающихся трубчатых печах с получением полукокса и горючего газа; газификация отходов, позволяющая преобразовывать их органическую часть в синтез-газ, который применяют для химического синтеза; комбинированные термические методы, сочетающие полукоксование с последующим сжиганием.

Анализ этих технологий не даёт уверенности в том, они могут быть эффективно реализованы в ближайшие годы в сложившихся в России условиях по многим причинам, среди которых можно выделить следующие: относительно малая производительность таких отходоперерабатывающих предприятий, несопоставимая с нарастанием объемов твёрдых углеродистых промышленно-бытовых отходов и тем более с уже накопленными их залежами; необходимость огромных материальных и финансовых ресурсов на сооружение десятков таких предприятий, обеспечивающих необходимые масштабы переработки; отсутствие подготовленных кадров для освоения и эксплуатации предприятий с новыми для России технологиями; высокая стоимость и сложность систем очистки дымовых газов с учётом высоких современных требований техногенной безопасности; проблематичность получения экономической прибыли из-за высокой стоимости переработки.

Принципиальный вывод в результате такого анализа заключается в том, что проверенные и эффективные на Западе технологии мусоропереработки и мусоросжигания не могут в наших условиях быстро и эффективно разрешить столь масштабную и запущенную проблему. Следует искать альтернативные и максимально эффективные возможности переработки отходов, которые наилучшим образом будут учитывать сложившуюся в России ситуацию.

Список литературы

1. Духно Н.А., Ивакин В.И. Понятие и виды юридической ответственности // Государство и право, 2000, №6, С. 13

2. Жевлаков Э.Н. Экологические правонарушения и ответственность. М., 1997, с. 9-10

Размещено на Allbest.ru