Основные понятия и термины экологии

В последние годы создается новое направление в демографии - демография экологическая , или демография социально-экологическая, которая занимается исследованием взаимосвязи демографических процессов и среды обитания человека.

В экологической демографии широко используются следующие общепринятые понятия и термины.

1. Общий коэффициент рождаемости (ОКР) - это среднее число детей, родившихся за год на одну тысячу человек населения.

2. Средний коэффициент рождаемости (СКР) - это среднее число детей, которых рожает одна женщина в течение своей жизни. В Китае государственная политика уже долгое время направлена на регулирование рождаемости. В результате средний коэффициент рождаемости здесь снизился с 4 5 в 1970-х гг. до 2,6 в 1980-х гг. и до 2,4 - 2,3 - в современное время. Меры по ограничению уровня рождаемости проводятся и в некоторых других странах, но они не всегда достаточно результативны.

3. Общий коэффициент смертности (ОКС) - это среднее число умерших за год людей на одну тысячу человек населения.

4. Естественный прирост населения - показывает разность между ОКР и ОКС. Для того чтобы показать естественный прирост в процентах, его значение следует разделить на 10.

5. Демографический переход - это понятие характеризует период роста численности населения в отдельной стране или в мире, который обусловлен высокой рождаемостью при одновременном значительном снижении смертности, прежде всего детской.

6. Демографический потенциал - это показатель увеличения численности населения, не учитывая сокращение рождаемости до уровня простой воспроизводимости.

7. Демографический взрыв - это резкое увеличение роста народонаселения, которое, как правило, обусловлено интенсивным понижением смертности, прежде всего детской, при сохранении одновременно высокой рождаемости. Для человеческой популяции сегодня характерен небывалый по масштабам демографический взрыв. Он главным образом четко выражен в странах Азии, Латинской Америки, Африки, которые относятся к группе развивающихся. Также их называют странами бедного Юга.

20. Особенности демографии развитых и развивающихся стран

Прирост населения наблюдается в последние десятилетия. Если для достижения первого миллиарда численности населения потребовалось больше 2 млн лет, то прирост каждого последующего миллиарда требовал уже все меньше и меньше времени: второй - 100 лет, третий - 30 четвертый - 15, а пятый - только 12 лет.

Также растет производство промышленных и продовольственных товаров, добычи природных ресурсов, энергии, накопление и хранение информации. Это указывает на тесную взаимосвязь численности населения, научно-технического прогресса и воздействий человека на среду. В 1970 - 1980-х гг. численность мирового населения возросла на 2,0 - 2,2 % в год. За последние годы этот показатель снизился до 1 7 % Но благодаря возросшей численности населения абсолютный прирост его сейчас явно превышает значения, имевшиеся при темпах роста в 2 % и больше. В настоящее время это около 90 млн чел./г. Причем в основном прирост, как и численность населения, приходятся на развивающиеся страны. В них проживает примерно 3,9 млрд человек, а средний прирост около 2,1 % (ОКР - 31, ОКС - 10), или 83 млн чел./г. Для сравнения: в развитых странах проживает около 1,2 млрд человек, а средний прирост составляет 0 6 % (ОКР - 15 ОКС - 9) или 7 млрд чел./г.

Рост численности населения иногда оценивают по времени ее удвоения. В развивающихся странах удвоение случается за 33 года, а в развитых - лишь за 117 лет. Нулевой прирост численности населения происходит при простой воспроизводимости (когдасемье два родителя и два ребенка). Фактически, учитывая детскую смертность, сейчас простое воспроизводство населения обеспечивает СКР, который равен 2,20 в развивающихся и 2,03 в развитых странах. Реально в развитых странах СКР около 2, а в развивающихся - примерно 4. В ряде государств, которые относятся к развитым, прирост совсем прекратился или имеет отрицательные значения. Численность населения уменьшается в таких странах, как Англия, Германия, Дания, Россия, Венгрия. В среднем в Европе в настоящее время прирост населения не превышает 0,23%. Здесь же и наиболее неблагоприятный для увеличения численности возрастной состав населения. Кроме смертности и рождаемости, изменение численности населения в отдельных регионах и странах происходит за счет эмиграции или иммиграции. В США, в частности, на 1/3 увеличение населения происходит за счет иммиграции. Это даже без учета нелегальных иммигрантов.

21. Демографические пирамиды и прогноз численности населения

Для прогноза численности населения на перспективу большое значение имеет его возрастной состав. Последний обычно графически представляют в виде пирамид

Для развитых стран свойственна колонообразная пирамида. Небольшая доля молодого поколения свидетельствует об общем старении популяции и об отсутствии перспектив роста численности населения. Возрастная пирамида для развивающихся стран сильно расширяется книзу за счет значительной доли поколения, которое находится в детородном или более молодом возрасте. Из чего следует, что демографический взрыв продолжается, а разрыв в численности населения развитых и развивающихся стран будет увеличиваться.

Увеличение численности населения в мире не беспредельно. Предполагается, что стабилизация ее начнется после того, как численность населения достигнет 10--12 млрд человек.

Экономист Томас Мальтус предполагал, что человечество встретится с кризисными явлениями в результате нехватки продовольствия. Для уменьшения темпов роста населения Т. Мальтус предлагал узаконить поздние браки. Но достижения науки и практики сегодня, большие возможности для повышения урожаев, свидетельствуют о том, что недостаток продовольствия не станет ограничивающим фактором роста численности населения в ближайшие десятилетия. В настоящее время перед человечеством стоит не проблема голода, а ограниченность ресурсов среды ее загрязнение. Но это не исключает возможности регулирования рождаемости законодательными актами и другими отдельными мерами.

Существуют следующие теории выхода из сложившейся демографической ситуации.

1. Демографический максимализм - чем больше население страны, тем лучше. В 1950 - 1960-х г г. эта концепция воплощалась в Китае.

2. Демографический утопизм - выход будет найден например через заселение космоса, Мирового океана и т. п.

3. Демографический финализм - рост населения приведет к исчерпанию ресурсов и загрязнению окружающей среды, проблема решится через гибель части человечества.

4. Демографический фатализм - проблемы решатся сами собой благодаря механизмам биологического саморегулирования.

Перечисленные концепции основаны на биологических критериях и не учитывают социальные закономерности развития общества, в связи с которыми демографический взрыв ограничен во времени. Целенаправленное регулирование численности человеческой популяции происходит в основном через изменение рождаемости, часто на уровне государственной политики.

22. Понятие «природные ресурсы», их классификация. Проблемы исчерпаемости природных ресурсов

Природные ресурсы - природные объекты, использующиеся человеком и способствующие созданию материальных благ. Природные условия влияют на жизнь и деятельность человека, но не участвуют в материальном производстве (воздух до определенного времени являлся лишь природным условием, сейчас - и условие и ресурс).

Классификации ресурсов. Кроме природных, различают ресурсы материальные (транспортные средства, промышленные объекты, строения), трудовые. Среди признаков природных ресурсов различают: атмосферные водные растительные. Также существует классификация природных ресурсов по их исчерпаемости: животные, почвенные, недр, энергетические. К исчерпаемым ресурсам относятся те, которые могут быть исчерпаны в близкой или отдаленной перспективе. Это ресурсы недр и живой природы. Обычно ресурс считают исчерпанным, когда его добыча и использование (учитывая переработку) делается экономически невыгодной. Последнее зависит от уровня технологий (например добыча нефти, угля). В других случаях использование ресурса рентабельно до полного исчерпания. В частности, истребление отдельных видов животных и растений. К неисчерпаемым относят ресурсы, которые можно использовать неограниченно долго. Это ресурсы солнечной энергии, морских приливов ветра Особое положение среди ресурсов имеет вода. Она исчерпаема из-за загрязнения (качественно), но неисчерпаема количественно. Проблема исчерпаемости природных ресурсов с каждым годом становится актуальнее. Темпы роста потребления ресурсов на порядок превышают темпы роста численности населения. Ежегодно сжигается столько горючих ископаемых, сколько природа скапливала их за миллионы лет. По одному из прогнозов, если сохранятся такие темпы роста использования ископаемого топлива, то запасов нефти хватит примерно на 30--40 лет, газа - 40--45 лет, угля - 70--80 лет. Калийные соли, фосфаты будут исчерпаны после 2100 г., марганцевая руда - к 2090 г. Наиболее перспективными металлами остаются железо и алюминий. Железо по потреблению занимает в настоящее время первое место и второе по распространению в земной коре (после аллюминия). Трудности его использования связаны с тем, что основная его масса содержится в соединениях с небольшим количеством. Выплавка железа связана с загрязнением атмосферы вредными соединениями, такими как сернистый ангидрид и двуокись углерода. Выплавка алюминия связана со значительной энергоемкостью производства. В частности, в США на получение алюминия расходуют около 3 % производимой в стране энергии.

23. Использование ресурсов и проблемы загрязнения среды

Под загрязнением среды понимают привнесение в нее несвойственных веществ или увеличение концентрации уже имеющихся (химических, физических, биологических) выше естественного уровня, приводящее к отрицательным последствиям. Загрязнителем может быть как ядовитое, так и безвредное или необходимое организмам вещество, содержание которого выйдет за оптимальные значения концентрации. В частности, качественная природная вода, но в избыточном количестве может выступать как загрязнитель, например при чрезмерном поливе почв.

Часто загрязнение определяют как любой природный ресурс или его элемент, который перемещен не на свое место.

Загрязнения классифицируются по различным параметрам.

1. По происхождению: естественное и искусственное.

2. По источникам: промышленное, сельскохозяйственное, транспортное, точечное (труба предприятия), объектное (предприятие), рассеянное (сельскохозяйственное поле, экосистема), трансгрессивное (распространившееся из других регионов).

3. По масштабам воздействия: глобальное, региональное, местное; по элементам среды: атмосферы, гидросферы, почв.

4. По месту действия: сельской среды, городской среды внутри промышленных предприятий и др.

5. По характеру действия: химическое, физическое, тепловое, шумовое электромагнитное.

6. По периодичности действия: первичное, вторичное; по степени стойкости: устойчивое, стойкое, неустойчивое

Уровень стойкости загрязняющих веществ зависит от возможности их разложения различными агентами или перемещения в другую среду, где они не будут загрязнителем. Чем более стойким является загрязнитель, тем более проявляется его накопительный эффект в среде.

Параметры загрязнения.

1. По объему поступления в среду.

2. По агрессивности (ядовитости).

3. По степени загрязнения.

Из добываемых ресурсов лишь 2 - 3 % используется как полезный продукт, а остальные составляют отходы (пустая порода, шлаки и т. д.). Полезный продукт часто является неблагоприятным загрязнителем среды, так как он обрабатывается различными веществами (антисептики, покрытия) против разрушения биологическими агентами. Когда такие изделия выводятся из использования, они становятся часто долго сохраняющимися в среде загрязнителями. Также опасны результаты человеческой деятельности по выведению в природную среду несвойственных ей и чуждых живым организмам веществ (ксенобиотиков). В природе насчитывают около 2 тыс. неорганических и около 2 млн органических соединений. Человек же научился синтезировать более 8 млн соединений. Ежегодно их число увеличивается на несколько тысяч. В биосферу поступает около 50 тыс. таких веществ

24. Основные свойства атмосферы и воздействие на нее человека

Атмосфера - это сложная система, которая состоит из воздуха, паров воды и химических примесей. Это важный фактор метеорологического режима и условие для физико-химических и биологических процессов в биосфере. От баланса отдельных компонентов в атмосфере зависит ее влияние на тепловой, водный, радиационный режимы, способность к самоочищению. Газовый состав атмосферы, пары воды, различные взвеси, которые содержатся в ней, определяют степень излучения солнечной радиации на поверхность Земли и сохранения тепла в околоземном пространстве. Если бы атмосфера не содержала примесей, среднегодовая температура поверхности Земли составляла бы 18 С. Важными свойствами атмосферы являются ее способность к быстрому перемешиванию и перемещению на огромные расстояния, связь с иными сферами, особенно с океаном. Эти качества, а также отсутствие резко выраженного накопительного эффекта загрязняющих веществ определяют глобальный характер атмосферных процессов, а также ее высокую способность к самоочищению. Так, океан поглощает из атмосферы большие массы двуокиси и окиси углерода, сернистый газ, другие соединения. Значительное количество атмосферных примесей поглощается растениями. Человек оказывает воздействие на различные свойства атмосферы: тепловой режим, химический состав, перемещение, радиоактивность, электромагнитный фон и т. п. Заметные воздействия человека на атмосферу начались с того времени, когда он начал активно вмешиваться в биосферные процессы, уничтожать леса, выжигать их, распахивать земли и осушать их, строить города и т. п. Наиболее опасны воздействия человека на атмосферу, которые приобрели значение глобальных. Первое место по объему выбросов в атмосферу занимает двуокись углерода. Высокая химическая агрессивность в сочетании с большой устойчивостью при значительных объемах выбросов (150--200 млн т/г.) характерна и для диоксида серы (SO2), сернистого ангидрида. Это бесцветный газ с резким запахом. Продукты его соединений с водой (серная и сернистая кислоты) у животных и человека вызывают повреждение дыхательных путей. Также в атмосферу поступают другие вредные соединения серы. К ним относится сероводород (H2S) - очень ядовитый бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Даже на начальных стадиях отравления им человек теряет обоняние, большие дозы отравления приводят к отеку легких, параличу дыхания, смерти. Сера, ее соединения попадают в атмосферу как из природных, так и из антропогенных источников. Большое поступление в атмосферу антропогенной серы происходит при сжигании топлива.

25. Проблема парникового, или тепличного эффекта

Парниковый эффект - возможное повышение глобальной температуры на Земле в результате изменения теплового баланса парниковыми газами.

Б. Небел рассматривает парниковый эффект как величайшую грядущую катастрофу. Близкая по значению катастрофа произошла около 60 млн лет назад, что повлекло за собой вымирание целых групп животных и растений. Основным парниковым газом является двуокись углерода (50--65 %). Также к парниковым газам относятся метан (20 %), окислы азота (5 %), озон, фреоны и другие газы (10--25 % парникового эффекта). Всего выделяют примерно 30 парниковых газов. Утепляющий эффект зависит не только от количества парниковых газов в атмосфере, но и от их относительной активности действия на одну молекулу. Парниковые газы являются значительным препятствием для ухода в космическое пространство тепловых лучей Они как бы попадают в ловушку и тем самым повышают температуру воздуха. За счет парниковых газов среднегодовая температура воздуха за последнее столетие повысилась на 0,3 - 0,6 °С. Прогнозируют, что в результате потепления климата начнется таяние вечных снегов и льдов и уровень океана поднимется примерно на 1,5 м. Высвобождение массы воды, накопленной в ледниках, сможет поднять уровень океана на 60--70 м. Глобальное потепление климата и, как следствие, повышение уровня океана рассматривают как экологическую угрозу беспримерного масштаба. Прогнозируют, что при повышении уровня океана на 1,5 - 2 м будут затоплены около 5 млн км2суши. Кроме того, потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, ростом числа ураганов и штормов, смещением границ природных зон, ускорением темпов вымирания животных и растений. На Международной конференции по проблемам изменения климата в Торонто в 1979 г. высказывалось мнение, «что конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной». Наряду с техногенными процессами все более значительными поставщиками парниковых газов становятся сами экосистемы, в которых человек нарушает сформировавшиеся круговороты, высвобождающие углекислоту, метан и другие газы.

Существуют факторы, которые действуют в направлении, противоположном парниковому эффекту. Увеличивающаяся запыленность мешает поступлению к земной поверхности солнечной радиации и ее тепловой составляющей. Крайним проявлением обратным парниковому эффекту, является ядерная зима, или ядерная ночь планеты, из-за резкого роста запыленности атмосферы.

26. Проблема озона

Проблема озона в атмосфере имеет два аспекта : разрушение его в верхних слоях (озоновый экран) и повышение концентрации в околоземном пространстве.

Озоновый экран расположен у полюсов на высоте 9 - 30 км, у экватора - на 18--32 км. Концентрация озона в нем около 0,01 - 0,06 мг/м3. Слой его составляет примерно 3 - 5 мм. Озон в верхних слоях атмосферы образуется при распаде молекулы кислорода (О2) под действием ультрафиолетовых лучей на два атома кислорода. Условием для протекания этой реакций является наличие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Озон поглощает лучи с длиной волны 200--320 нм. Часть из них доходит до Земли. В последнее время наблюдается тенденция к уменьшению содержания озона в верхних слоях атмосферы. В средних и высоких широтах северного полушария оно составило около 3%. Уменьшение содержания озона на 1 % приведет к увеличению заболеваемости раком кожи на 5 - 7 %. Наиболее значительную потерю озона регистрируют над Антарктидой. Здесь его содержание за последние 30 лет уменьшилось на 40--50 %. Пространство, в границах которого регистрируется понижение концентрации озона, получило название «озоновая дыра» . Размер дыры с пониженной концентрацией озона растет приблизительно на 4 % в год. В настоящее время по размерам она превышает площадь США. Немного меньших размеров дыра над Арктикой. Появляются блуждающие дыры площадью от 10 до 100 тыс. км2в других зонах, где потери озона достигают 20--40 % от обычного уровня.

Причины появления озоновых дыр до конца не выяснены. Они были обнаружены впервые в начале 1980-х г г.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в настоящее время считают фреоны (хладоны). В ряде стран (США, Великобритания, Франция) фреоны заменяются на гидрохлорфторуглероды.

Ведутся поиски и других путей повышения устойчивости озонового слоя. Например, образованию и накоплению озона способствуют электромагнитное излучение, лазерные лучи. Они стимулируют фотодиссоциацию кислорода, способствуют образованию и накоплению озона.

Интенсивно озоновый слой разрушается весной. Низкие температуры, повышенная облачность зимой содействуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон интенсивнее, когда температура несколько повышается. Сейчас ученые стали высказываться о том, что нет достаточных доказательств, что появление озоновых дыр - это результат деятельности человека. Аналогичные явления были и ранее и объясняются исключительно природными процессами, например, 11-летними циклами солнечной активности.

27. Проблема кислых осадков

Двуокись серы - загрязнитель, обусловливающий появление кислых осадков. Соединяясь с парами воды, сернистый ангидрид превращается в раствор серной кислоты. Также из двуокиси углерода и окислов азота образуются азотная и угольная и кислоты. Вместе с органическими кислотами и другими соединениями они образуют раствор с кислой реакцией (кислотные осадки)

Доля SO в кислых осадках составляет примерно 70%. 20--30% кислых осадков - другие выбросы. Появлению кислых осадков способствует и СО2. Из-за ее неизменного присутствия в атмосфере нормальной является рН осадков - 5,6.

Впервые они зарегистрированы в 1907--1908 гг. в Англии. К настоящему времени отмечены случаи выпадения осадков с кислотностью, близкой к лимонному соку или бытовому уксусу.

Наиболее распространены кислые осадки в северном полушарии, так как здесь значительны выбросы кислых веществ и благоприятны условия для осаждения их в виде дождей, снега, туманов. Продолжительные периоды с низкими температурами усиливают продолжительность действия кислых осадков. Последние в большой мере нейтрализуются аммиаком, а зимой его выделение из почв, органики, других источников очень незначительны из-за бездействия микроорганизмов-аммионификаторов.

Кислые осадки типичны для Скандинавских стран, Англии, ФРГ, Бельгии, Польши, Канады, северных районов США. В России районы образования кислых осадков: Кольский полуостров, Норильск, Красноярск и другие районы. В наши дни в Санкт-Петербурге рН дождя - от 4,8 до 3,7, в Казани - от 4,8 до 3,3. В городах до 70--90% загрязнений в атмосферу, в том числе и для образования кислых осадков, поставляет автотранспорт.

Негативное влияние кислых осадков очень разнообразно. Они воздействуют на почвы, водные экосистемы, памятники архитектуры, строения и другие объекты.

На почвы кислые осадки оказывают ощутимое отрицательное воздействие как в северных, так и в тропических районах. Это связано с тем, что подкисляются подзолистые почвы. Эти почвы не содержат природных соединений, нейтрализующих кислотность (карбонат кальция, доломит и др.).

Тропические почвы зачастую хотя и имеют нейтральную и щелочную реакцию, но также не содержат веществ-нейтрализаторов кислотности в силу интенсивного и постоянного промывания ливневыми дождями. Попадая в почву, кислые осадки значительно увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотофиксаторов и некоторых других организмов почвенной среды.

28. Вода как вещество, ресурс и условие жизни

экологическая среда биосфера популяция

Все воды Земли составляют единое целое. Они вместе с атмосферой и литосферой являются самостоятельной сферой - гидросферой , которая характеризуется отличительными особенностями. Именно она выступает самостоятельной средой жизни (наряду с наземно-воздушной, организменной, почвенной). В то же время она пронизывает иные сферы (атмосферу, литосферу) и среды жизни.

Вода - обязательное условие и фактор жизни, и собственно на нее воздействует человек в больших масштабах.

Существенное внимание при этом уделяют причинам, экологическим следствиям и потенциальным путям решения экологических проблем.

Основные уникальные свойства воды, обусловливающие ее влияние на важнейшие процессы в биосфере, следующие.

1. Неисчерпаемость как природного ресурса и как вещества; все другие природные ресурсы уничтожаемы или рассеиваемы.

2. Только для воды характерно расширение при затвердевании (замерзании) и уменьшение объема при переходе в жидкое состояние.

3. Наибольшая плотность при температуре +4 °С и связанные с этим очень важные свойства для природных и биологических процессов, в частности исключение глубокого промерзания водоемов.

4. Высокая теплоемкость и значительная теплопроводность.

5. Способность очень легко переходить в газообразное состояние как при положительных, так и при отрицательных температурах.

6. Поглощение тепла при таянии и испарении, выделение его при конденсации из пара и замерзании.

7. Вода - универсальный растворитель. В лабораторных условиях совсем чистой воды нет. Эти и другие свойства воды оказывают огромное влияние на биосферные процессы, все живые существа и среду их обитания.

Вода - почти единственный источник пополнения кислородом атмосферы при ее разложении в фотосинтетических процессах. Она же является условием миграции химических элементов и соединений, большого и малого круговоротов веществ.

Жизнь на Земле зародилась в воде. До настоящего времени сохранились организмы (водоросли и др.), в теле которых количество воды зависит от степени обводненности среды. Доля воды в теле человека около 60 %. Некоторые биологически важные свойства воды остаются еще слабоизученными. Вода является важным как биологическим, так и социальным фактором для жизни человека. Для удовлетворения биологических потребностей человеку хватает 2 - 5 л воды в сутки. Определяющим фактором первобытных поселений человека и очагами зарождения цивилизаций являлась вода. Чаще всего поселения возникали в поймах рек. Вода - неотъемлемый элемент и условие почти всех технологических процессов.

29. 3апасы воды на Земле и ее глобальный круговорот

Мировые запасы воды на Земле равны 1 353 985 тыс км3. Если все воды гидросферы распределить равномерно по поверхности Земли, ее слой будет иметь толщину примерно 2,5 км. Хотя большая масса воды на Земле - соленые воды (97,5%), объемы пресных вод также колоссальны, примерно 35 млн км3.

Водный баланс Земли формируется следующим образом. Выпадающие на планете осадки уравновешиваются испарением. Обе эти величины близки к 577 000 км3/г. Испарение с океана превосходит осадки на 47 000 км3/г. На суше, наоборот, испарение меньше осадков на 47 000 км3. Влага возвращается в океан за счет речного стока.

В настоящее время мировой водный баланс сдвинут в сторону океана. Он получает больше воды, чем ее испаряется на 430--550 км3/г. В результате происходит постепенное повышение уровня океана. Около 75% дополнительной влаги океан получает в результате таяния ледников, 18 % - за счет подземных вод и 7 % дают озера. Недоиспарение осадков на суше (47 000 км3) связано не с дефицитом тепла, а с регулирующей ролью экосистем. В том случае, если наземные экосистемы потеряли бы свойство регулирования влагооборота, это неизбежно привело бы к колоссальной катастрофе: уменьшению запасов пресной воды, потере механизмов ее очистки, резкому нарушению биологических и иных биосферных процессов. Почва и растительный покров являются факторами водорегулирования в экосистемах. Они образовывают условия для впитывания воды в почвогрунты и стока по поверхности почвы. Поэтому часть влаги осадков почти повсеместно поступает на питание водных источников и грунтовых вод.

Существуют проблемы водных ресурсов в отношении объемов их поступления в источники, а также улучшения качественного состава.

Сегодня такие вопросы решаются главным образом чисто техническими методами. Среди них строительство водохранилищ, очистка вод техническими средствами, перераспределение водных ресурсов между отдельными регионами (по каналам, водоводам) и др., хотя многие из водохозяйственных задач могут решаться и на уровне экосистем, в рамках естественных природных циклов. Например, почти единственным источником поступления влаги на поверхность суши являются атмосферные осадки и отчасти конденсационные явления (роса, иней и т. п.), а расход составляет испарение и сток. Таким образом, изменяя суммарное испарение, можно изменять сток и поступление влаги в источники благодаря замене одних экосистем другими или путем воздействия на некоторые структурные составляющие существующих экосистем

30. Проблема загрязнения или качественного истощения вод

Эвтрофикация вод

Загрязнению подвержены все категории вод, но в разной степени.

Показатели качества вод и их химический состав

Воды содержат растворенные вещества. Наиболее часто встречаются кальций, натрий, хлор, калий. Соленость воды оценивается по суммарному содержанию в ней химических веществ. Выделяют следующие категории вод: пресные, солоноватые, слабосоленые, соленые и очень соленые, рассолы. В водах содержатся органические вещества и различные взвеси. Человек оценивает воду в зависимости от целей ее использования: питьевая, техническая и др. Для оценки качества вод используются предельно допустимые концентрации (ПДК). Кроме химических, при оценке качества питьевой воды используются бактериологические и органолептические (запах, цветность, мутность, привкус) критерии.

Важный показатель качества вод - наличие в них кислорода, которое выражается через показатель биологического потребления кислорода (БПК).

В водах появляется все больше веществ, не поддающихся биологическому разложению (органические растворители). Их содержание оценивается через химическое потребление кислорода (ХПК). Отношение БПК к ХПК - степень способности воды к самоочищению.

Различают первичное и вторичное загрязнение вод . Первичное связано с поступлением в водоемы загрязняющих веществ Вторичное является следствием цепных реакций, протекающих под воздействием первичных загрязнителей. Большое количество загрязняющих веществ приносят атмосферные осадки. К числу наиболее опасных и распространенных загрязняющих веществ относятся нефть и нефтепродукты. Тепловое загрязнение вод является следствием как водопотребления, так и водопользования. Важнейшим поставщиком подогретых вод являются тепловые и атомные электростанции.

Существенные отрицательные экологические последствия связаны с водохранилищами. Большой ущерб водным экосистемам приносит также вторичное загрязнение, например эвтрофикация. Под эвтрофикацией вод понимают обогащение их биогенными элементами, особенно азотом и фосфором. Следствие эвтрофикации - интенсивный рост водорослей и других растений, накопление в водоемах органических веществ и других продуктов отмирания организмов. Это создает условия для увеличения численности организмов-редуцентов, питающихся мертвым органическим веществом. Редуценты интенсивно поглощают кислород. Конечный результат - обескислороживание водной среды. Результат анаэробных процессов - выделение в среду сероводорода, метана и других ядовитых загрязняющих веществ.

31. Экологические следствия использования минеральных удобрений и пестицидов

Минеральные удобрения - неминуемое следствие интенсивного ведения земледелия. В настоящее время их мировое производство равно 200--220 млн т/г, около 35--40 кг/г. на человека. Экологические последствия применения минеральных удобрений рассматривают с трех точек зрения: местное влияние удобрений на экосистемы и почвы, в которые они вносятся; влияние на другие экосистемы, их звенья; влияние на качество продукции, здоровье людей

В почве происходят такие изменения, которые приводят к потере плодородия. Для нейтрализации этого приходится вносить в почву минеральные удобрения. Но многие из них содержат посторонние примеси. В частности, внесение удобрений может повышать радиоактивный фон, приводить к накоплению тяжелых металлов. Главный способ сократить эти последствия - умеренное и научно обоснованное их применение (лучшие дозы, наименьшее количество вредных примесей, чередование с удобрениями органическими и пр.). Влияние удобрений на атмосферный воздух, как и воду, связано в основном с азотными формами.

Потери азота из удобрений составляют от 10 до 50% от его внесения. Негативное влияние на воды и их обитателей оказывают хлорсодержащие удобрения. Фосфорные формы удобрений содержат в своем составе фтор, тяжелые металлы и радиоактивные элементы. Минудобрения оказывают отрицательное воздействие как на растения, так и на качество продукции, а также на организмы, употребляющие ее.

При больших дозах азотных удобрений увеличивается риск заболеваний растений. Фосфор и калий, смягчают вредное воздействие азота. Но при высоких дозах и они вызывают легкие виды отравления растений. Хлорсодержащие удобрения (хлористый аммоний, хлористый калий), отрицательно воздействуют на животных и человека через воду. Пестициды - группа веществ, которые используются для уничтожения или уменьшения численности нежелательных для человека организмов. Гербициды - вещества, используемые для уничтожения растений; инсектициды - насекомых; фунгициды - грибов; акарициды - клещей. К пестицидам относят вещества, отпугивающие организмов, приносящих вред человеку или его изделиям (одежде, постройкам). Только около 1 % вносимых в среду ядов имеет непосредственный контакт с организмами, против которых они применяются. Экологическая вредность пестицидов зависит от их ядовитости, продолжительности жизни. В экологическом отношении особую тревогу вызывает ежегодное увеличение объемов применения пестицидов. Это связано не только с расширением обрабатываемых площадей, но и с привыканием организмов к пестицидам.

32. Биологические меры борьбы с нежелательными видами организмов

Биологические методы регулирования численности нежелательных для человека видов организмов основаны прежде всего на глубоком знании их биологии и экологии. Беспестицидные технологии находят все более широкое применение в сельском хозяйстве. В данном случае резко снижается или сводится на нет использование минеральных удобрений, стимуляторов роста и т. п. Такая продукция продается обычно по более высоким ценам, но это не затрудняет ее реализацию.

Биологические меры борьбы следующие.

1. Хищники и паразиты нежелательных видов, их разведение и внедрение в экосистемы. К таким организмам относятся божьи коровки, муравьи, жужелицы, насекомые-паразиты и другие виды. На Земле в настоящее время разводится около 300 видов организмов-антагонистов.

2. Бактериальные и вирусные препараты. Доля таких препаратов около 10 % от всех биологических средств борьбы с нежелательными видами.

3. Внедрение в популяции таких особей, которые не способны давать потомство или передающие потомству нежизнеспособные линии. Такой генетический метод находит сейчас все большее применение

4. Препараты с физической природой, обладающие пестицидными свойствами:

1) Борьба с насекомыми с помощью «диатомовой земли» (пыль из диатомовых водорослей). Гибельное действие этой пыли на насекомых, очевидно, связано с забиванием ею трахей при дыхании. Полагают, что этим принципом борьбы с насекомыми-паразитами пользуются птицы, купаясь в пыли;

2) пудры (силиконовая и др.) используются также для борьбы с бытовыми насекомыми.

5. Методы борьбы с нежелательными видами, организмами:

1) селекционные методы, которые основаны на выведении сортов, устойчивых к вредителям;

2) методы генной инженерии, которые позволяют повысить устойчивость организмов к болезням и вредителям. Такое возможно с помощью внедрения в геном интересующих человека организмов чужеродных генов, определяющих отпугивающие или ядовитые свойства. В частности, устойчивость томатов значительно повысили введением в их геном бактерий, продуцирующих белки, способных убивать гусениц, насекомых-вредителей;

3) интегрированные методы. Применение комбинаций биологических, агротехнических, селекционных приемов при значительном сокращении использования химических препаратов. Это переходные методы на пути к полному отказу от химических средств;

4) в системе биологических методов борьбы существенное внимание уделяется также увеличению многообразия выращиваемых растений и животных. Это также снижает вероятность их потерь за счет сохранения устойчивых видов (сортов или пород).

33. Экологические следствия современных методов животноводства

Большое влияние на окружающую среду оказывают крупные животноводческие комплексы . Предприятия по выращиванию крупного рогатого скота с численностью 10 тыс. голов поставляют количество загрязнений, которое равно отходам города с населением 100--150 тыс. человек. Выращивание только семи цыплят по объему отходов приравнивают к одному человеку. Свиноводческая ферма на 100 тыс. голов выбрасывает в атмосферу каждый час примерно 1,5 млрд микроорганизмов, 160 кг аммиака, около 14 кг сероводорода и 25 кг пыли. Крупные животноводческие комплексы - это один из главных примеров, когда экономические интересы ставят выше экологических интересов. Здесь часто заметно снижают себестоимость получаемой продукции, механизируют и автоматизируют производственные процессы, переводят животноводство на промышленную основу. Но экологические издержки учитывают далеко не всегда. Это связано не с отходами животноводства, а прежде всего с их количеством. В частности, навоз всегда являлся благом и условием благополучия крестьянских хозяйств. Вывозимый на поля навоз включался в процессы круговорота, не загрязняя среду, обеспечивал увеличение урожайности. При выпасе скота также не было больших проблем с загрязнением среды, это объяснялось тем, что экскременты распределялись по пастбищам равномерно и тем самым включались в естественные циклы. Но на крупных предприятиях при концентрированном содержании животных положительные явления стали превращаться в негативные. В таком случае происходило накопление вредных отходов, оказывающих разрушительное влияние на экосистемы.

Негативное воздействие животноводческих отходов сокращается в тех случаях, когда их используют в переработанном виде: компостируют либо превращают в навоз посредством смешения их с соломой, торфом или мелкими отходами деревообработки. Таким образом, отходы включаются в процессы круговорота и в пищевые цепи. Также важно не строить животноводческие комплексы вблизи мест проживания людей, сохранять вокруг них наиболее продуктивные (в частности, лесные) экосистемы. Зоны рядом с животноводческими комплексами носят название санитарно-защитных зон.

Для птицефабрик на 400--500 тыс. голов подобные зоны, как правило, должны иметь ширину примерно 2,5 км, для свиноферм на 100 тыс. голов примерно 5 км, а для свиноферм на 200--400 тыс. голов уже 10--15 км и больше.

34. Лесной фонд планеты и России. Параметры и критерии лесопользования

Общая площадь лесных земель немного больше 4 млрд га. На 1 человека приходится, таким образом, около 0,8 га лесных угодий. Лесистость - это отношение общей площади суши к площади, которая занята лесами, и выраженное в процентах. Для нашей планеты в целом этот показатель близок к 32,2 % (по другим данным около 25 %). Площадь всех лесов нашей страны примерно 870 млн га, а лесистость России - 44,8 %. Площадь России, покрытая лесом, менее общей лесной на 105 млн га и составляет 765 млн га. На каждого жителя России сейчас приходится около 5,8 га общей лесной площади и примерно 5,1 га площади, которая покрыта лесом. За свою историю люди уничтожили примерно 2/3 всей площади лесов. В последнее время огромное внимание стали уделять сохранению и учету площадей, которые не затронуты или слабо затронуты хозяйственной деятельностью человека. Эти зоны представлены главным образом лесными землями. В мире доля этих земель около 20 %, в России - более 60 %. В некоторых странах она близка к нулевой, а для Европы составляет в среднем 4%.

В лесах планеты сосредоточено около 1,65 - 1,96 трлн м3биомассы. Она включает в себя всю надземную (листья, стволы, ветви) и подземную массу. Древесина стволов в совокупной массе составляет примерно 50 %. Одним из главных показателей является годовой прирост лесной древесины. Для того чтобы использование леса не было истощительным, можно изымать за год не более такого объема древесины, который прирастает на этой территории (расчеты ведут на стволовую древесину). Из лесов мира ежегодно допустимо изымать примерно 5,5 млрд м3древесины (т. е. их годичный прирост), а из лесов нашей страны примерно 500 млн м3. И в первом и во втором случаях расчетная лесосека используется лишь на 50--60 %. Но это не значит, что в России и в мире проблема истощения лесных ресурсов совсем отсутствует. Расчет лесопользования, как правило, производится применительно ко всем лесам, а рубки проводятся в лесах, где это экономически выгодно человеку. В частности, в России главные лесозаготовки находятся в Европейско-Уральском районе, а основные зоны лесов и тем самым прирост древесины - в Сибири и на Дальнем Востоке. Поэтому в первом регионе изъятие древесины выше допустимых пределов в 2 - 2,5 раза, а во втором - спелая древесина вся не вырубается. Сравнимые с рубками размеры уничтожения лесов связывают часто с лесными пожарами. По официальным данным каждый год леса России вырубаются на площади 2 - 2,5 млн га. От пожаров в среднем страдает столько же леса.

35. Важнейшие экологические функции лесов

При оценке экологических функций лесов различают два вида воздействий на среду: биогеохимическое и механическое. Биохимическая деятельность - это физиологические процессы (фотосинтез, минеральное питание и т п.). Механическая деятельность осуществляется через биомассу Биомасса - масса живых организмов или отдельных компонентов, содержащаяся на единице площади или объема экосистем.

Продуктивность - скорость образования биомассы.

Углеродная функция лесов. Большие надежды по выводу излишка углерода из атмосферы и решению проблемы парникового эффекта связывают с лесными экосистемами. При образовании 1 т растительной продукции используется 1,5 - 1,8 т углекислого газа и высвобождается 1,1 - 1,3 т кислорода. Концентрация больших масс углерода в лесах связана с большой биомассой древостоев. Из всей массы углерода, сконцентрированного в растениях земного шара, 92% содержится в лесных экосистемах.

Воздухоочистительные функции лесов. Леса способны удалять из воздуха кроме углерода другие посторонние вещества. Очищение воздуха от загрязняющих веществ совершается как в результате их поглощения, так и через физическое осаждение. 1 кг листьев может поглощать за один сезон около 50--70 г сернистого газа, 40--50 г хлора и 15--20 мг свинца.

Лесные посадки значительно уменьшают шумовой эффект. Они также защищают дороги от заносов снегом, снижают сопротивление потоков воздуха движению транспорта.

Климатические и метеорологические функции лесов. Леса воздействуют на атмосферные явления и таким образом создают свою специфическую среду, микроклимат. Это свойство используется для защиты почв, дорог, посевов, населенных пунктов и т. п. Лесу свойственна большая влажность воздуха и верхних слоев почв. В глубине леса обычно почти полностью отсутствует ветер. Ночью же можно наблюдать токи воздуха противоположного направления. Эти перемещения воздуха имеют большое экологическое значение. Благодаря им выравнивается концентрация углекислого газа.

Водоохранные функции лесов. Положительное влияние оказывают леса на питание грунтовых вод. Это связано с переходом значительной части поверхностных вод в подземные. Грунтовые воды, питая реки, обеспечивают высокий уровень воды в них как зимой, так и летом. Главной причиной увеличения грунтового стока лесами является сохранение под ними неплохой водопроницаемости почв. Положительное воздействие лесов на качество вод связывают с процессом их фильтрации через почвенно-грунтовую толщу, а также водоочищающей способностью растений.

36. Проблемы устойчивости лесов в условиях антропогенных нагрузок. Специфические проблемы тропических лесов

Функция очистки среды, которую выполняют леса, ведет к их повреждению, снижению устойчивости и гибели. Гибель лесов от атмосферных загрязнений относится к числу главных экологических проблем современности.

Наиболее общие закономерности поражения и гибели лесов и меры по снижению ущерба этого явления следующие.

1. Воздействие сернистого ангидрида и его производных. Значительные повреждения также вызывают окислы азота, фтор, озон, хлор, вещества фотохимического смога. Яды действуют на растения или в виде сухих осаждений, или как кислотные осадки. В наибольшей степени разрушаются покровные ткани деревьев, клеточные структуры. Кислотные дожди действуют через выщелачивание из различных частей растений биогенных веществ, отравляют и разрушают корневые системы. Наиболее подвержены повреждению хвойные леса. Главная из причин этого - отравление долгоживущей (5 - 7 лет) хвои. Мягко-лиственные виды деревьев (береза, ольха, осина) более устойчивы. Рядом с городами и промышленными центрами именно они приходят на смену хвойным лесам. Для снижения действия загрязнения повышают плодородие почв (удобрения, поливы), ускоряют обновление фитоценозов, создают опушки вокруг лесных массивов - барьер для проникновения загрязнителей.

2. Рекреация - восстановление здоровья и трудоспособности человека путем отдыха вне жилища. В качестве рекреационных объектов широко используют леса и лесные ландшафты. Задача рекреационного лесоводства - разработка мероприятий по регулированию нагрузок на леса, снижению ущерба для экосистем и лесных хозяйств в целом. Важнейшие мероприятия: посадка леса из мелколиственных пород (береза, осина), которые устойчивее к нагрузкам, чем хвойные леса.

На долю тропических лесов приходится 5 % суши, около 20 % от общей площади лесов. Вместе с этим в тропических лесах более 50% всей растительной массы суши. Тропические леса уничтожают со скоростью 20--25 га каждую минуту ради использования древесины и с целью освобождения площадей для сельскохозяйственных угодий. В биомассе лесов мира сейчас содержится примерно в 1,5 раза больше углерода, чем в атмосфере, в гумусе лесных почв его больше, чем в атмосфере, в 4 раза. Если в северных лесах основная масса углерода в лесных почвах и подстилке, то в тропических лесах углерод в основном в древесине. В результате при уничтожении тропических лесов с этих пространств происходит почти полное высвобождение углерода.

37. Биологическое разнообразие. Красные книги. Особо охраняемые территории

Сохранение биоразнообразия имеет большое экологическое значение. К настоящему времени зарегистрировано несколько тысяч видов, которые пригодны для использования в пищевом рационе человека. Но реально используется в значительных количествах не более 200--250 видов животных и растений. Основную же часть продукции сельского хозяйства люди получают в процессе использования всего 12--15 видов растений. Дикие виды - это неоценимый источник для получения продукции из естественных экосистем, особенно для выведения новых пород и сортов сельскохозяйственных растений и животных. Биоразнообразие - источник очень долгого обеспечения человека энергетическими и техническими ресурсами. Разнообразие относят к основным факторам и условиям устойчивых связей в экосистемах. Видовая насыщенность - важнейшая, хотя далеко не единственная составляющая разнообразия экосистемы.

Красные книги. Одной из мер привлечения внимания людей к экологическим проблемам, сохранению биологического разнообразия являются Красные книги. Существует Красная книга всей планеты. В рамках отдельных государств - региональные Красные книги. Составляются также красные книги отдельно для растений.

В Красные книги заносятся редкие и находящиеся под угрозой исчезновения организмы. Обычно указывается их примерная численность и причины ее сокращения, ареалы в прошлом и в настоящее время, необходимые меры для охраны.

Особо охраняемые объекты или территории - это участки биосферы, полностью или частично исключенные из хозяйственного использования. К категориям охраняемых территорий в России относятся заповедники, заказники, национальные парки, биосферные заповедники, особо ценные объекты.

Заповедниками называются территории, совершенно изъятые из хозяйственного использования. Ограничено их посещение, туризм. Биосферные заповедники - это заповедники, которые имеют международный статус и используются для наблюдения за изменением биосферных процессов. Сейчас биосферные заповедники выделены на территориях более 60 стран мира, количество их превышает 300. На территории России в 1991 г. было 75 заповедников.

В национальных парках выделяют заповедную, рекреационную и хозяйственную зоны. В мире сейчас более 2300 национальных парков.

Территории с менее строгим режимом охраны - заказники . В них ограничена хозяйственная деятельность с целью охраны одного или нескольких видов живых существ. В России более 1,5 тыс. заказников.

На долю всех охраняемых объектов в России приходится примерно 10 % территории.

38. Экологический мониторинг

Мониторинг - слежение за какими - либо объектами или явлениями. Экологический мониторинг --

наблюдение и прогноз состояния природной среды, оценка ее изменений под влиянием деятельности человека. Полученные данные используют для ликвидации или уменьшения возможности возникновения негативных экологических ситуаций, охраны природных объектов, сохранения среды, здоровья людей.

Виды экологического мониторинга.

1. По территориальному признаку: локальный, региональный и глобальный виды мониторинга.

2. По методам наблюдения: космический, авиационный, наземный.

3. По методам исследований физический, химический, биологический.

Наблюдения из космоса позволяют составить представление об изменениях в биосфере, которые при других методах нельзя выявить, о степени загрязнения океана, других водных объектов, выявить характер загрязнения (нефтяная пленка, моющие вещества и т. п.). Наблюдения такого типа используют для выявления некоторых катастрофических явлений (например, оползней, пожаров и т. п.).

Авиационные наблюдения ориентированы в отличие от космических на региональные или локальные явления.

Наземный мониторинг проводят для двух целей:

1) Для уточнения данных, полученных при космических или авиационных наблюдениях;

2) наблюдений, которые не могут быть выполнены иными методами (определение химических характеристик приземного слоя воздуха, почв).

При наземном мониторинге часто используют биологические методы наблюдений, растения, которые наиболее чувствительны к отдельным воздействиям. Эти виды называют биоиндикаторами . Для биологических наблюдений применяют также концентрационную функцию живых организмов - способность их к накоплению некоторых загрязнителей. Анализ этого материала дает возможность выявить такие загрязняющие вещества, которые трудно определить другими методами из-за малого их содержания в среде. Вместе с наблюдениями за растениями - индикаторами в естественных условиях часто используется метод экспозиции некоторых растений-индикаторов в городах, на промышленных предприятиях, в помещениях и т. п.