Предмет, функции и задачи экологии как науки. Биосфера, природные ресурсы и экосистемы

Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники за последние два столетия, и особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой дальнейшей эволюции биосферы. Возникли антропоценозы (от греческого anthropos - человек, koinos - общий, общность) - сообщества организмов, в которых человек является доминирующим видом, а его деятельность-определяющей состояние всей системы. В. И. Вернадский считал, что влияние научной мысли и человеческого труда обусловили переход биосферы в новое состояние - ноосферу (сферу разума). Сейчас человечество использует для своих нужд все большую часть территории планеты и все большие количества минеральных ресурсов.

Истинное величие Вернадского выясняется только теперь. Оно - в его глубоких философских идеях, заглядывающих в будущее, вплотную затрагивающих судьбы всего человечества.

Он родился в Петербурге в 1863 году, всего через два года после отмены крепостного права в России, в семье профессора политической экономии, яркого представителя русской либеральной интеллигенции прошлого века. Через пять лет, семья Вернадских переехала в Харьков, где на формирование личности Вернадского повлиял его двоюродный дядя - Е. М. Короленко, офицер в отставке, увлекающийся научно-философскими изысканиями. Более всего его интересовали проблемы, связанные с жизнью каждого человека и человечества в целом. Вполне вероятно, что некоторые мысли Е. М. Короленко, некоторые из вопросов, поставленные им, сохранились в памяти Вернадского и осознанно или бессознательно повлияли на его научное творчество.

Петербургская классическая гимназия, где с третьего класса учился Вернадский, была одна из лучших в России. Здесь хорошо преподавались иностранные языки, история, философия. В дальнейшем Вернадский самостоятельно изучил несколько европейских языков. Он читал литературу, преимущественно научную, на пятнадцати языках, а некоторые свои статьи писал по-французски, по-английски и по-немецки. Интерес к истории и философии ученый сохранил на всю жизнь.

Затем Вернадский поступил на физико-математический факультет Петербургского университета, где среди профессоров находились светила русской науки: Менделеев, Бекетов, Сеченов, Бутлеров. Однако большее влияние на Вернадского, несомненно, оказал Докучаев, преподававший в университете минералогию. Молодой ученый неоднократно принимал участие в экспедициях по изучению почв Нижегородской губернии под руководством Докучаева. Но сфера научных интересов Вернадского в то время не ограничивалась минералогией. Он занимался и достиг некоторых результатов также в геологии, кристаллографии, истории.

В то же время Вернадский искренне увлекся учением Толстого и разделял многие его сомнения. Однако Толстой не верил в то, что наука способна удовлетворить стремление человека найти «смысл жизни», примириться с неизбежностью смерти, обосновать высокие моральные принципы. Вряд ли подобные идеи были близки Вернадскому. В отличие от Толстого он всю свою жизнь сохранял веру в научное знание и стремился найти ответ на множество вопросов бытия на основе логического анализа фактов, достоверных сведений о мире и человеке.

В 1885 году Вернадский был оставлен хранителем Минералогического кабинета Московского университета. Работая на этом месте, ученый много ездит, работает в химических и кристаллографических лабораториях, совершает геологические экспедиции. В 1897 году Вернадский защищает докторскую диссертацию и становится профессором Московского университета. В 1906 году его избирают членом Государственного совета от Московского университета. Два года спустя он делается экстраординарным академиком. По инициативе и под председательством Вернадского в 1915 году создается комиссия по изучению естественных производительных сил России при Академии наук. В конце 1921 года Вернадский основал в Москве Радиевый институт и был назначен его директором. В 1926 году выходит его знаменитая работа «Биосфера», после чего он пишет массу исследований о природных водах, круговороте веществ и газах Земли, о космической пыли, геометрии проблеме времени в современной науке. Но главной для него остается тема биосферы - области жизни и геохимической деятельности живого вещества.

Дожив до глубокой старости, Вернадский скончался в Москве всего за несколько месяцев до победоносного завершения Великой Отечественной войны. Ему пришлось пережить три революции в России и две мировые войны. Но на его век выпали и не менее революционные открытия в науке.

Большой и малый круговороты веществ в биосфере. Биогеохимический цикл

Круговорот углерода

Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой - углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры. Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далекие геологические эпохи сотни миллионов лет назад значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах миллионы лет, этот детрит под действием высоких температур и давления (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь, во что именно - зависело от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах. Теперь мы в огромных количествах добываем это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определенном смысле завершаем круговорот углерода. Если бы ни этот процесс в истории планеты, вероятно, человечество имело бы сейчас совсем другие источники энергии, а может быть и совсем другое направление развития цивилизации.

По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане. В пределах суши, где имеется растительность, углекислый газ атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

Круговорот кислорода

Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров. Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода.

Круговорот азота

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при .недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих де ни трифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий -- «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.

Круговорот фосфора

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме так называемого органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащего фосфор соединения в процессе клеточного дыхания для получения организмом энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл.

В отличие, например, от углекислого газа, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет свободного возврата в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет. Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям.

Круговорот серы

Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть ее в живых организмах находится в виде органических соединений. Кроме того, сера входит в состав некоторых биологически активных веществ: витаминов, а также ряда веществ, выступающих в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в организме и активизирующих некоторые ферменты. Сера представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует в разных валентных состояниях в зависимости от окислительно-восстановительных условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов.

В изверженных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита , пирронита , халькопирита , в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов, в ископаемых углях - в виде примесей серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются ее органические соединения. В связи с окислением сульфидных минералов в процессе выветривания сера в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан. Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные.

Вода и её круговорот

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути.

Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара.

Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее.

В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное движение и скорейшее таяние ледниковых масс.

Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

Естественные циклы основных биогенных веществ

Для обеспечения жизнедеятельности растений и животных требуются различные химические элементы, но только некоторые из них имеют преобладающее значение. Основа жизни - белки, углеводы и жиры складываются из шести основных элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, фосфора и серы. Кроме фосфора они все образуют растворимые и летучие соединения и таким образом участвуют в повторном цикле воды.

В процессе фотосинтеза зеленые растения и водоросли на свету выделяют кислород, причем не из углекислого газа, как это считалось раньше, а из воды. Суммарное уравнение фотосинтеза можно записать следующим образом:

6СО2 + 6Н2О ® С6Н12О6 + 6О2.

В первичной атмосфере Земли было мало или совсем не было кислорода, поэтому первые организмы были анаэробными. Накопление кислорода началось в докембрии и он по сути является биогенным. Сейчас запасы свободного кислорода оцениваются приблизительно в 1,6*1015 т. В процессе фотосинтеза ежегодно участвует 1013 кг углерода атмосферы.

Кислород является самым распространенным элементом на Земле. В гидросфере его содержится 85,82% по массе, в литосфере 47%, в атмосфере 23,15%. Кислород стоит на первом месте по числу образуемых им минералов (1364). Среди них преобладают силикаты, кварц, окислы железа, карбонаты и сульфаты. В живых организмах содержится в среднем около 70% кислорода. Он входит в состав большинства органических соединений (белков, жиров, углеводов и т.д.) и в состав органических соединений скелета.

Свободный кислород играет большую роль в биохимических и физиологических процессах, особенно в аэробном дыхании. В области свободного кислорода формируются резко окислительные условия, в отличие от сред, в которых кислород отсутствует (в магме, глубоких горизонтах подземных вод, илах морей и озер, в болотах), где образуется восстановительная обстановка.

Огромное значение для атмосферы имеет также двуокись углерода. Его содержание в атмосфере до промышленной революции, в 1800 г составляло 0,029%, а в настоящее время ее содержание превысило 0,033%. В океане этого газа растворено в 50 раз больше.

Углерод в больших количествах содержится в земной коре, прежде всего в карбонатных породах - 9,6*1015 т и горючих ископаемых (угли, нефть, сланцы, битумы, газы, торф). Разведанные запасы горючих ископаемых по углероду оцениваются в 1013 т.

Синтезированные растениями углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал и другие) являются главным источником энергии для большинства гетеротрофных организмов. В процессе аэробного дыхания, синтезированное органическое вещество вновь разлагается с образованием углекислого газа и воды, при этом высвобождается энергия Q:

С6Н12О6 + 6О2 ® 6СО2 + 6Н2О + Q.

Воздух по объему почти на 80% состоит из молекулярного азота N2 и представляет собой крупнейший резервуар этого элемента. Естественный цикл азота является более сложным, чем углерода. Большинство биологических форм не могут усваивать газообразный азот. Поэтому сначала происходит фиксация азота - превращение N2 в неорганические и органические соединения, которые происходят как физико-химическим, так и биологическим путем. Основными фиксаторами азота являются бактерии, грибки и водоросли (прежде всего синезеленые). Например, клубеньковая бактерия Rhizobium, проникая в корневые волоски растений семейства бобовых, превращает азот в нитраты. На клеверном поле площадью 100 м2 ежегодно в нитраты превращается около 600 кг азота.

В процессе цикла продуцент - консумент - редуцент нитраты становятся составной частью белков, нуклеиновых кислот и других компонентов. Погибшие организмы являются объектом деятельности редуцентов - бактерий и грибов, при этом они азот превращают в аммиак. И далее в нитрит и обратно газообразный азот.

Фосфор, необходимый животным и растениям для построения белков протоплазмы, поступает в круговорот за счет эрозии фосфатных пород и гуано, минерализации продуктов жизнедеятельности и органических остатков. Фосфаты потребляются растениями. Не образующий летучих соединений фосфор имеет тенденцию накапливаться в море. Вынос фосфора из моря на сушу осуществляется в основном с рыбой и с пометом морских птиц.

Сера относится к весьма распространенным химическим элементам, которые встречаются в свободном состоянии - самородная сера и в виде соединений - сульфидов, полисульфидов и сульфатов. Известно более 150 минералов серы, среди которых доминируют сульфаты. В природе широко распространены процессы окисления сульфидов до сульфатов, которые обратно восстанавливаются до H2S и сульфидов. Эти реакции происходят при активном участии микроорганизмов, прежде всего десульфирующих бактерий и серобактерий.

В виде органических и неорганических соединений сера постоянно присутствует во всех живых организмах и является важным биогенным элементом, она входит в состав широко распространенных соединений: аминокислот, коферментов, витаминов.

Организмы в основном состоят из вышеперечисленных элементов, однако они не смогут жить, если не будут содержать в достаточных количествах некоторые катионы: калий, кальций, магний и натрий, которые относятся к группе макроэлементов, потому что их содержание выражается в сотых долях сухого вещества. Некоторые вещества нужны организмам в очень маленьких количествах, к ним, например, относятся железо, бор, цинк, медь, марганец, молибден и анион хлора. Микроэлементы выражаются в миллионных долях сухого вещества. В пищевую цепь они поступают в основном через круговорот воды. Они обладают высокой биологической активностью и участвуют во всех процессах жизнедеятельности: белковом, жировом, углеводном, витаминном, минеральном обмене, газо- и теплообмене, тканевой проницаемости, клеточном делении, образовании костного скелета, кроветворении, росте, размножении, иммунобиологических реакциях.

Циклы некоторых токсичных элементов

Второстепенные для живых организмов химические элементы, также как и жизненно важные, мигрируют между организмами и средой. В естественных экологических системах они содержатся в таких концентрациях и формах, что не оказывают отрицательного влияния на организмы. В настоящее время стала весьма острой проблема токсичных веществ в связи с региональными и глобальным техногенным загрязнением биосферы. Ниже рассмотрим лишь некоторые примеры токсичных химических элементов, оказывающих значительный отрицательный биологический эффект.

Ртуть, также как и другие тяжелые металлы, почти не влиял на организмы до наступления индустриальной эры, потому что ее концентрации в природе были невелики, а она сама химически малоподвижна. Разработка месторождений и промышленное использование ртути (в электротехническом оборудовании, термометрах, красках и фунгицидах) увеличили ее поток в экосистемы. Чистый элемент не токсичен. Превращение в токсичные органические соединения ртути, такие как метилртуть CH3Hg и этилртуть C2H5Hg, происходит благодаря бактериям, присутствующим в детритах и осадках. Эти соединения легко растворимы, подвижны и очень ядовиты. Химической основой агрессивного действия ртути является ее сродство с серой, в частности с сероводородной группой в белках. Эти молекулы связываются с хромосомами и клетками головного мозга. Рыбы и моллюски могут накапливать их до концентраций опасных для человека, употребляющего их в пищу, вызывая болезнь "Минамата".

Тяжелый металл кадмий представляет собой один из самых опасных токсикантов среды, он значительнее токсичнее свинца. В последние 30-40 лет он находит все большее техническое применение. Его попадание в пищевые цепи связано с его промышленными выбросами в воздух и воду. Например в среднем тонна угля содержит 2 г кадмия. Кадмий имеет свойство накапливаться в организмах животных и растений. Так, растения аккумулируют до 70% кадмия содержащегося в почве. В Финляндии, Норвегии и Швеции ветеренарные учреждения предостерегают от употребления печени, почек и легких лосей, оленей, косуль и зайцев, в связи с высоким содержанием в них кадмия.

Вследствие деятельности цинкового рудника произошло загрязнение кадмием реки Дзинцу в Японии от хронического отравления умерло более 150 человек, сопровождавшегося атрофией костей всего скелета. Этот случай вошел в историю эндемических отравлений тяжелыми металлами под названием "болезнь итаи-итаи". Именно с такими словами умирали больные.

Стронций-90 и цезий-137 - продукты деления атома, имеющие большой период полураспада. Эти ранее малоизученные элементы теперь являются объектами пристального внимания в связи с их большой опасностью для человека и животных. Они попадают в окружающую среду при производстве и использовании различных источников ядерной энергии. Эти вещества активно циркулируют по пищевым цепям и накапливаются в тканях животных и растений. Это связано с тем, что стронций по свойствам похож на кальций, а цезий - на калий. По мнению некоторых ученых в костях людей уже содержится такое количество стронция, что он может оказывать канцерогенное действие. Дихлордифенилтрихлорэтан или просто ДДТ - пестицид (пестис - зараза, циде - убиваю, лат.), использовавшийся, а местами используемый до сих пор в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми. В свое время его открытие было отмечено Нобелевской премией. Он малорастворим и никогда не поступает в верхние слои атмосферы и при этом встречается повсюду. Его обнаруживают в тканях пингвинов Антарктиды. Он в основном мигрирует по пищевым цепям, при этом в конце пищевого цикла его концентрация может увеличиться в 1000 раз. Сейчас его использование запрещено.

Диоксины - это группа веществ, в которую входят сотни видов хлор-, бром- и хлорброморганических циклических эфиров. Диоксины образуются во многих технологических процессах различных производств, включая сжигание отходов, биологическую очистку сточной воды и сгорание топлива в двигателях. Эти вещества превосходят по своей токсичности соединения тяжелых металлов. Являются сильными канцерогенами. Они способны накапливаться в организме, являясь причиной многих тяжелых заболеваний.

Природные блага и природные ресурсы. Их классификация

Природные ресурсы &mdash компоненты природы, которые используются (актуальные) или могут быть использованы (потенциальные) как средства производства и предметы потребления. К природным ресурсам относятся: благоприятные климатические условия (энергия Солнца, ветра, воды), почвы, растения, животные, минеральное сырье, воды. Природные ресурсы делятся на минеральные, энергетические, водные, земельные, биологические (растительные, животные), климатические, рекреационные.

Планета Земля имеет большие водные, растительные, минеральные и другие ресурсы. Но они не безграничны. Потребности человека в сырье, топливе непрерывно возрастают. Промышленные предприятия используют воду, сырье, топливо, кислород воздуха в увеличивающихся объемах. Степень использования природных ресурсов определяется не столько их природными свойствами, сколько социально-экономическими потребностями.

Различают исчерпаемые и неисчерпаемые природные ресурсы. Исчерпаемые ресурсы в свою очередь делятся на возобновляемые и невозобновляемые.

К возобновляемым природным ресурсам относятся плодородные почвы, растительность и фауна. При использовании они непрерывно возобновляются самой природой, однако их естественное возобновление (восстановление плодородия почв, древесной и травяной массы, численности животных и т. п. ) часто не совпадает с темпами использования. Представление о неисчерпаемости ресурсов этой группы все чаще вступает в противоречие с действительностью. Потребление возобновляемых ресурсов (вырубка леса, вылов рыбы и т. п. ) начинает превышать размеры их естественного возобновления. Для того чтобы этого не было, необходимо:

а) рациональнее добывать и обрабатывать природные ресурсы

б) заблаговременно вовлекать в эксплуатацию новые неистощенные ресурсы и за счет этого ослабить использование истощенных

в) искусственно возобновлять ресурсы, что можно делать более интенсивно, чем это делает природа

г) находить искусственные заменители.

К невозобновляемым ресурсам относится большая часть полезных ископаемых. Их использование приводит к постепенному исчерпанию запасов. Поэтому чтобы это произошло не так скоро, надо искать новые месторождения и технически правильно использовать уже найденные, то есть максимально извлекать ценные вещества из месторождений.

К неисчерпаемым природным ресурсам относятся водные и климатические. Водные ресурсы &mdash воды, используемые как источник водоснабжения населения, промышленности и сельского хозяйства, а также как источник энергии. Климатические ресурсы &mdash солнечная радиация &mdash как источник света, тепла и энергии, энергия ветра. Атмосферные осадки можно относить к водным и климатическим ресурсам. Использование неисчерпаемых природных ресурсов не приводит к общему уменьшению их запасов на Земле.

Только загрязнение вод и атмосферы может стать серьезной помехой дальнейшего развития производства, привести к ухудшению условий жизнедеятельности населения.

Минеральные ресурсы после завершения их разведки и добычи, а также биологические ресурсы и даже вода и воздух становятся сырьем для разнообразных отраслей хозяйства.

Сырьевые материалы, использующиеся в производстве, преобразуются уже в экономические ресурсы общества (другие экономические ресурсы &mdash капитал, трудовые, интеллектуальные ресурсы и возможности менеджмента). Наконец использованные природные ресурсы после определенной технологической обработки предстают перед нами в виде орудий и средств труда и разнообразных материальных благ.

Распределены природные ресурсы (а отсюда и сырьевая база формирования экономических ресурсов) на Земле крайне неравномерно. Не только отдельные страны, но и крупные регионы различаются уровнем обеспеченности определенными ресурсами.

Но и в случае, когда природных ресурсов в той или иной стране мало, это не означает, что страна обречена на бедность, ведь экономические ресурсы каждой страны измеряются не только количеством имеющейся нефти, газа или даже плодородных почв.

Большое значение имеют людские ресурсы, трудоспособность населения, уровень его подготовки и мастерства, наличие научно-технических идей, опыт менеджмента и, наконец, наличие в стране капитала. Как пример можно назвать прежде всего Японию, которая достигла блестящих экономических результатов, имея крайне ограниченную природно-ресурсную базу.

Периоды природопользования

Появление человека в истории биосферы занимает такое же место, как крупные катаклизмы в масштабах геологического времени, во время которого коренным образом изменяется животный и растительный мир планеты. Этот короткий период деятельности человека выделяется геологами в антропоген, чем подчеркивается та особенность, что человек стал ведущим фактором, воздействующим на природу Земли и радикально изменяющим лик планеты.

Анализируя результаты, масштаб и последствия использования природных ресурсов, правомерно наметить четыре периода взаимодействия человека с природой.

1. охватывает эру примитивной культуры и первобытно-общинного уклада жизни до начала землепользования;

2. соответствует времени от начала землепользования (примерно VIII-VII вв. до н.э.) до становления промышленного производства (XIX в.);

3. связан с изобретением парового двигателя и развитием промышленного производства (XIX-ХХ вв.);

4. только начинается и связан со становлением информационных технологий (конец ХХ века).

Первый период природопользования. Итак, первый период взаимодействия человека с природой отвечает наиболее примитивной культуре каменного века и первобытнообщинного уклада жизни, когда человеческие племена были сравнительно малочисленны и рассеяны по поверхности Земли.

Первые люди жили за счет сбора плодов, съедобных растений и тех животных, которых они могли ловить. Изобретение орудий позволило заниматься охотой и рыбной ловлей практически на все виды животных, деятельность человека становилась более хищнической. На этой стадии человек неотделим от окружающей среды и полностью от него зависит. Изменения в среде, которые определяют количество необходимой пищи, заставляют его приспосабливаться к данным условиям или искать другие местообитания. Хищническая деятельность должна была ограничиваться саморегулированием, подобным тому, которое существует в мире животных между хищником и добычей.

Представления о людях тех времен дают раскопки палеолитических стоянок и петроглифы, украшавшие стены пещер - жилищ древнего человека или скалистые уступы, которые по каким-то причинам привлекали внимание древних художников и “летописцев”. Однако, уже в эту пору использование природных ресурсов было достаточно многообразным и не ограничивалось лишь дикими животными, мясо которых употреблялось в пищу, а шкуры и сухожилия - для шитья одежды и “монтажа” примитивных орудий труда. Определенное значение имела рыба, корни и побеги растений, также пригодных в пищу. И, конечно, определенные виды горных пород, позволявшие производить из них различные каменные орудия.

Казалось бы, подобные ограниченные потребности в природных ресурсах и возможности воздействия на природу немногим отличали человека от иных обитателей лесов и степей. Однако нахождение в захоронениях севера и востока Сибири совместно костей мамонтов, шерстистых носорогов и некоторых других крупных животных, обитавших на широких пространствах северных равнин, указывает, что и там люди активно на них охотились и могли способствовать вымиранию этих животных.

Мощные обширные захоронения костных останков лошадей были обнаружены во Франции, в провинции Бургундия. Встреченные там же остроконечные кремневые орудия не оставляли сомнения в антропогенной природе этого захоронения. Знаток ледникового периода американский геолог Р.Флинт также полагал, что вымирание многих животных как в Европе, так и в Северной Америке были результатом активной охоты первобытного человека, поскольку нет фактов, свидетельствующих о климатических или топографических причинах их вымирания.

Cтановление и развитие человека происходило и было возможно благодаря совершенствованию орудий труда, пусть поначалу каменных и весьма примитивных. Известны находки таких “производственных мастерских”, где изготовлялись кремневые орудия или добывались кремни для их производства. Одна из таких древнейших “мастерских” с валунами-наковальнями, носящими следы ударов, обнаружена археологами Якутии в урочище Диринг-Юрях на правом берегу Средней Лены. В Hидерландах есть местность, где насчитывается более 5000 шахт глубиной до 15 метров, из которых добывался кремень. Там же обнаружено множество каменных рубил, молотков и отходов обработанного камня. Видимо, это одна из наиболее ранних “свалок” отходов производства. Этот “горнодобывающий центр” действовал 3150-3050 лет до нашей эры.

Особо охраняемые природные территории

Особо охраняемые природные территории (ООПТ) -- согласно Федеральному закону Российской Федерации «Об особо охраняемых природных территориях» от 14.03.1995 : «Особо охраняемые природные территории (ООПТ) -- участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны. Особо охраняемые природные территории относятся к объектам общенационального достояния».

Основу системы ООПТ России составляют государственные природные заповедники, национальные парки и государственные природные заказники. В соответствие с постановлением Правительства Российской Федерации от 29.05.2008 № 404 « О Министерстве природных ресурсов и экологии Российской Федерации» государственное управления особо охраняемыми природными территориями осуществляет указанное министерство. Всего в России по состоянию на 2009 год создано более 13 тысяч ООПТ федерального, регионального и местного значения. Из них федеральных ООПТ 266, к которым относятся 101 заповедник, 41 национальный парк и 69 государственных природных заказников федерального значения, а также памятники природы, курорты и др. категории ООПТ. Общая площадь ООПТ федерального значения около 580 тысяч квадратных километров в 84 из 87 субъектов Федерации (нет ООПТ федерального уровня только в городе Санкт-Петербург, Волгоградской и Тульской областях), что составляет приблизительно 3 % территории РФ.

Эта система природных резерватов уникальна и представляет исключительную ценность с точки зрения поддержания естественного функционирования экосистем и сохранения биоразнообразия, в том числе редких и исчезающих видов, а также экологического мониторинга, научных исследований и экологического просвещения не только в российском, но и в мировом масштабе.

Рациональное природопользование. Концепция устойчивого развития

Рациональное природопользование - система природопользования, при которой: - достаточно полно используются добываемые природные ресурсы и соответственно уменьшается количество потребляемых ресурсов;

- обеспечивается восстановление возобновимых природных ресурсов;

- полно и многократно используются отходы производства. Система рационального природопользования позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды. Рациональное природопользование характерно для интенсивного хозяйства.

Устойчивое развитие (англ. sustainable development) -- процесс изменений, в котором эксплуатация природных ресурсов, направление инвестиций, ориентация научно-технического развития, развитие личности и институциональные изменения согласованы друг с другом и укрепляют нынешний и будущий потенциал для удовлетворения человеческих потребностей и устремлений.

Во многом, речь идет об обеспечении качества жизни людей.

Меры по предотвращению угрозы экологический катастрофы

Экологическая безопасность - состояние защищенности личности, общества и Государства от последствий антропогенного воздействия на окружающую среду, а также стихийных бедствий и катастроф.

Угрозу экологической безопасности может представлять деятельность физических и юридических лиц, а также других государств, связанная с преднамеренным и непреднамеренным воздействием на окружающую среду, а также стихийные природные процессы и явления.

Объекты экологической безопасности.

Основными объектами экологической безопасности являются:

личность с ее правом на здоровую и благоприятную для жизни окружающую природную среду;

общество с его материальными и духовными ценностями, зависящими от экологического состояния страны;

природные ресурсы и природная среда как основа устойчивого развития общества и благополучия будущих поколений.

Субъекты обеспечения экологической безопасности.

Основным субъектом обеспечения экологической безопасности является Государство, осуществляющее свои функции в этой области через органы национальной законодательной, исполнительной и судебной власти. Субъектами обеспечения экологической безопасности являются также юридические и физические лица, в том числе граждане, организации и объединения, обладающие правами и обязанностями по обеспечению экологической безопасности в соответствии с национальным законодательством Государства.

С целью защиты населения и окружающей природной среды от трансграничных воздействий, угрожающих их экологической безопасности, органы системы государственной экологической безопасности осуществляют: меры, необходимые для предотвращения угрозы экологической безопасности от источников, расположенных за пределами границ Государства; участие в создании и функционировании международной системы экологической безопасности и предотвращения экологического терроризма.

Мероприятия по рациональному использованию атмосферы

Атмосфера - это газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и простирающаяся на высоту более 100 км. Она имеет слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположенные между ними паузы. Масса атмосферы составляет 5,91015 т, объем - 13,2-1020 м3. Атмосфера играет огромную роль во всех природных процессах и, в первую очередь, регулирует тепловой режим и общие климатические условия, а также защищает человечество от вредного космического излучения.

Основными газовыми компонентами атмосферы являются азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и углекислый газ (0,03%). Газовый состав атмосферы меняется с высотой. В приземном слое из-за антропогенных воздействий количество углекислого газа возрастает, а кислорода снижается. В отдельных регионах в результате хозяйственной деятельности в атмосфере увеличивается количество метана, оксидов азота и других газов, вызывающих такие неблагоприятные явления, как парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, смог.

Циркуляция атмосферы влияет на режим рек, почвенно-растительный покров, а также экзогенные процессы рельефообразования. И, наконец, воздух - необходимое условие жизни на Земле.

Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Толщина ее составляет: на средних широтах 10-12 км, над уровнем моря и на полюсах 1-10 км, а на экваторе 16-18 км.

Из-за неравномерности нагрева солнечной энергией в атмосфере образуются мощные вертикальные потоки воздуха, а в приземном слое отмечается неустойчивость его температуры, относительной влажности, давления и т.п. Но при этом температура в тропосфере по высоте является стабильной и уменьшается на 0,6°С на каждые 100 м в диапазоне от +40 до -50°С. В тропосфере содержится до 80% всей влаги, имеющейся в атмосфере, в ней образуются облака и формируются все виды осадков, которые по своей сути являются очистителями воздуха от примесей.

Выше тропосферы расположена стратосфера, а между ними находится тропопауза. Толщина стратосферы составляет около 40 км, воздух в ней заряжен, влажность его невысока, при этом температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км над уровнем моря постоянна (около -50°С), а затем она постепенно повышается до +10°С на высоте 50 км. Под воздействием космического излучения и коротковолновой части ультрафиолетового излучения Солнца молекулы газов в стратосфере ионизируются, в результате образуется озон. Озоновый слой, располагаемый до 40 км, играет очень большую роль, оберегая все живое на Земле от ультрафиолетовых лучей.

Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы, в которой количество озона уменьшается, а температура на высоте примерно 80 км над уровнем моря составляет -70°С. Резкий перепад температур между стратосферой и мезосферой объясняется наличием озонового слоя.

Мероприятия по рациональному использованию гидросферы

Рациональное использование ресурсов атмосферы. Влияние человека на круговорот кислорода и диоксида углерода в биосфере. Мероприятия по рациональному использованию ресурсов атмосферы.

Рациональное использование ресурсов гидросферы. Значение гидросферы для биосферы. Угрожающий рост потребления пресной воды. Мероприятия по рациональному использованию гидросферы.

Рациональное использование ресурсов литосферы. Основные задачи охраны биолитосферы. Рациональное использование недр и полезных ископаемых. Мероприятия по рациональному использованию земельных ресурсов. Рекультивация нарушенных земель. Меры по предотвращению загрязнения вод и земель.

Рациональное использование ресурсов живой природы. Причины ущерба живому миру. Требуемые действия для сохранения биомассы генофонда флоры и фауны. Охрана и рациональное использование лесных ресурсов, защита леса от вредных насекомых и болезней.

Безотходная и малоотходная технологии. Значение безотходных производств для биосферы. Понятия: безотходная и малоотходная технология. Коэффициент безотходности. Принципы безотходных производств: системность, комплексность использования ресурсов, цикличность потоков, ограничение воздействия на природную среду, рациональность организации. Способы и методы создания безотходных производств. Пути перехода производств на безотходную и малоотходную технологию.

Рациональное использование недр и полезных ископаемых

Основными требованиями по рациональному использованию и охране недр являются:

1) соблюдение установленного законодательством порядка предоставления недр в пользование и недопущение самовольного пользования недрами;

2) обеспечение полноты геологического изучения, рационального комплексного использования и охраны недр;

3) проведение опережающего геологического изучения недр, обеспечивающего достоверную оценку запасов полезных ископаемых или свойств участка недр, предоставленного в пользование в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых;

4) проведение государственной экспертизы и государственный учет запасов полезных ископаемых, а также участков недр, используемых в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых;

5) обеспечение наиболее полного извлечения из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;

6) достоверный учет извлекаемых и оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов при разработке месторождений полезных ископаемых;

7) охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку;

8) предотвращение загрязнения недр при проведении работ, связанных с пользованием недрами, особенно при подземном хранении нефти, газа или иных веществ и материалов, захоронении вредных веществ и отходов производства, сбросе сточных вод;

9) соблюдение установленного порядка консервации и ликвидации предприятий по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых;

10) предупреждение самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых и соблюдение установленного порядка использования этих площадей в иных целях;

Федеральным законом от 14 июля 2008 г. N 118-ФЗ пункт 11 части первой статьи 23 настоящего Закона изложен в новой редакции

11) предотвращение размещения отходов производства и потребления на водосборных площадях подземных водных объектов и в местах залегания подземных вод, которые используются для целей питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения или промышленного водоснабжения либо резервирование которых осуществлено в качестве источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения.

Мероприятия по рациональному использованию и предотвращению загрязнения земельных ресурсов

Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды - одна из важнейших проблем современного общества в эпоху развития научно-технического прогресса, сопровождающегося активным воздействием на природу.

Природные условия - совокупность объектов, явлений и факторов природной среды, имеющих существенное значение для материально-производственной деятельности человека, но непосредственно в нее не вовлекаемые (например, климат).

Природные ресурсы - природные объекты и явления, которые используются или могут быть использованы в будущем для удовлетворения материальных и других потребностей общества и общественного производства, способствующие воспроизводству трудовых ресурсов, поддержанию условий существования человечества и повышения жизненного уровня. Рациональное природопользование предполагает разумное освоение природных ресурсов, предотвращение возможных вредных последствий человеческой деятельности, поддержание и повышение продуктивности и привлекательности природных комплексов и отдельных природных объектов.

Природные ресурсы делятся на практически неисчерпаемые (энергия солнца, приливов и отливов, внутриземное тепло, атмосферный воздух, вода); возобновляемые ( почвенные, растительные, ресурсы животного мира) и невозобновляемые (полезные ископаемые, пространство обитания, энергия рек).

Возобновляемые природные ресурсы - природные ресурсы, способные к самовосстановлению в процессе круговорота веществ за сроки, соизмеримые с темпами хозяйственной деятельности человека. Рациональное использование возобновляемых природных ресурсов должно базироваться на принципах сбалансированного расходования и возобновления их, а также предусматривать их расширенное воспроизводство.

Невозобновимые природные ресурсы - часть исчерпаемых природных ресурсов, которые не обладают способностью к самовосстановлению за сроки, соизмеримые с темпами хозяйственной деятельности человека. Рациональное использование невозобновляемых природных ресурсов должно базироваться на комплексной и экономной их добыче и расходовании, утилизации отходов и т.д.

С точки зрения вовлечения в хозяйственную деятельность человека, природные ресурсы подразделяют на реальные и потенциальные. Первый вид ресурсов активно эксплуатируется, второй - может быть вовлечен в хозяйственный оборот.

По принадлежности к определенным компонентам природной среды выделяют отдельные виды природных ресурсов:

- биологические;

- экологические;

- геологические;

- климатические;

- водные;

- земельные;

- растительные;

- ресурсы животного мира;

- минеральные и др.

По ведущим признакам и характеру использования выделяют промышленные, сельскохозяйственные, энергетические, топливные. В непроизводственных сферах используются рекреационные, заповедные, ландшафтно-курортные, лечебные и др.

В настоящее время все более обостряется проблема истощения природных ресурсов. Истощение природно-ресурсного потенциала выражается в уменьшении запасов природных ресурсов до уровня, не отвечающего потребностям человечества, его техническим возможностям и нормам безопасности для природных систем.

Истощение природных ресурсов делает дальнейшую их разработку экономически и экологически нецелесообразной.

При расточительном, хищническом использовании некоторые виды возобновимых ресурсов могут исчезать, теряя способность к самовозобновлению. Например, пахотный горизонт почвы мощностью около 18 см при благоприятных условиях восстанавливается 7000 лет.

Интенсификация индустриального вмешательства в процессы природы, потребительское, утилитарное, хищнически истребительное отношение к природе, ее ресурсам и богатствам разрушает единство между человеческим обществом и природой.