1 Адаптации животных и растений к неблагоприятным условиям

1. Адаптации животных и растений к неблагоприятным условиям в разных средах жизни. 2. Наземно-воздушная среда. 3. Атмосфера. Экологические проблемы загрязнения воздушного пространства Среды жизни.

Выделяют четыре основные среды обитания животных организмов водная почвенная наземно-воздушная живые организмы

Наша планета окружена воздушной газовой оболочкой - атмосферой (по гречески «атмос» - пар, дыхание, а «сфера» - шар). Первый научный труд, в котором обобщаются представления об атмосфере, принадлежит Аристотелю. В русскую науку это слово ввел М. В. Ломоносов.

Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов - азота (78, 09%) и кислорода (20, 95%). Наземно-воздушная среда обитания

Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.

• • Рис. Схема образования озона в атмосфере и его защитная роль

Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе.

Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.

Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

В норме в нем присутствуют также аргон (0, 93%), углекислый газ (0, 03%) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов.

Колебания температуры воздуха очень велики в разных природных районах и в разные сезоны года. Воздух может охлаждаться до – 80°С и нагреваться до +50 -60° С.

Слоистое строение 1. Тропосфера 3/4 толщины 80% влаги, определяет погоду 7 -10 (км) под полюсами , 10 -12 (км) умеренные , 16 - 18 (км) экваториальные 2 Стратосфера 3 Мезосфера 4 Ионосфера 5 Экзосфера

Озон - трехатомный кислород (О 3 ) присутствует в атмосфере от поверхности Земли до высоты 70 км. В приземных слоях воздуха он образуется под влиянием случайных факторов (грозовые разряды, др. ). Озон чрезвычайно ядовит, ПДК его в воздухе равна 0, 00001%.

Слой максимальной концентрации озона - озоновый экран находится на высоте 20 - 25 км. Этот газ поглощает солнечную радиацию, при этом наиболее интенсивно - в ультрафиолетовой части, которая губительна для животных и растений.

Функции защитные cреда жизни регуляция температуры, влажности

По этой причине освоение организмами воздушной среды сопровождалось усилением развития механических тканей. Это позволило им противостоять действию закона всемирного тяготения и ветра (скелет у позвоночных животных, хитиновые панцири у насекомых, механические ткани у растений). В условиях только воздушной среды ни один организм жить постоянно не может, и потому даже лучшие «летуны» (птицы и насекомые) должны периодически опускаться на землю.

Животные суши должны обладать совершенной опорно-двигательной системой на основе либо внешнего (большинство членистоногих), либо внутреннего (хордовые) механического скелета, или же полостного (гусеницы и ложногусеницы), либо клеточномежклеточного (брюхоногие моллюски) гидроскелета.

Способностью к полету обладает примерно ¾ наземных животных – это насекомые, птицы, млекопитающие (летучие мыши), а также отдельные рептилии и амфибии (виртуозно планирующие древесные дракончики и некоторые квакши). Однако ни одно животное не проводит всю свою жизнь в воздухе.

Аэропланктон в умеренных широтах присутствует только в теплое время года, в тропиках такой сезонности нет. Составляющие его мелкие двукрылые, перепончатокрылые и тли регистрируются на высотах до 4– 5 км, иногда и более. Явление переноса животных воздушными потоками носит название анемохории

Загрязнение - это нежелательное изменение физических, химических или биологических характеристик воздуха, земли, воды, которое может сейчас или в будущем оказывать неблагоприятное влияние на жизнь самого человека, растений или животных, на разного рода производственные процессы, условия жизни и культурное достояние, истощать или портить сырьевые ресурсы.

Во всем мире используется множество различных химических соединений. Классификация загрязнений сложна. Широко известно выделение загрязнений по типам сред (загрязнение атмосферы, почвы и т. д. ), по загрязняющим веществам (тяжелые металлы, диоксины и др. ).

С экосистемных позиций выделяют 2 вида загрязнений – стойкие и нестойкие. Последние, в отличие от первых, легко разрушаются биологическими процессами. Стратегия обращения с разными видами загрязнений различна и в большой степени зависит от их особенностей.

Цена любого вида загрязнений включает три составляющие: 1) потери ресурсов в результате их эксплуатации с большим количеством отходов; 2) стоимость ликвидации загрязнений и контроля над ними; 3) цена здоровья людей.

Под термином "загрязнение окружающей среды" понимается поступление в естественную природную среду любых веществ и энергий, вызывающих изменение ее состава и свойств и оказывающих вредное воздействие на живую и неживую природу.

Экологическое действие загрязняющих агентов может проявляться поразному; оно может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на организменном уровне, либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом.

На организменном уровне может происходить нарушение отдельных физиологические функций организмов, изменение их поведения, снижение темпов роста и развития, снижение устойчивости к воздействиям иных неблагоприятных факторов внешней среды.

На уровне популяций загрязнение может вызывать изменение их численности и биомассы, рождаемости, смертности, изменения структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств. На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообществ

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин - извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение - результат деятельности человека.

Антропогенное загрязнение - любое загрязнение природной среды, вызванное деятельностью человека - это прямое или опосредованное влияние человека на природу, приводящее к точечным, локальным, региональным или генерализованным ее изменениям.

Перенос и трансформация загрязнителей в биосфере. • В биосфере происходит непрерывный перенос разных видов загрязнения как в пространстве, так и из одной компоненты окружающей среды в другие ее компоненты. • Существуют два вида переносов в биосфере: абиотический и биотический. • Кроме того, важное экологическое значение имеет трансформация загрязняющих веществ, т. е. образование за счет физикохимических процессов новых веществ, иногда значительно более вредных, чем исходные.

• Эти процессы являются основной причиной вторичного загрязнения окружающей среды. • В качестве примера такой трансформации можно привести образование ядовитого смога в результате фотохимических процессов в атмосфере промышленных центров, которые могут происходить при некоторых особых метеорологических условиях.

• Абиотический перенос загрязнения в пространстве обусловлен действием физических механизмов в компонентах окружающей среды, например, атмосферный перенос фтор- и хлорсодержащих углеводородов в верхние слои атмосферы, рассматриваемый как основная причина разрушения озонового экрана биосферы.

• перенос радиоактивного загрязнения в результате Чернобыльской катастрофы с атмосферными массами под действием ветра в Подмосковье, Беларусь, Скандинавию. • перенос речными водами химических загрязняющих веществ, сбрасываемых в реки промышленными предприятиями Кузбаса, в северные районы Сибири, являющийся одной из причин загрязнения речного бассейна Оби и прибрежных морей Северного Ледовитого океана

• загрязнение гидросферы пестицидами происходит в результате их смыва дождями с полей. • Это пример переноса загрязнений из почвы в водную среду. • Кислотное загрязнение почвы (серной и азотной кислотами) может быть вызвано путем вымывания осадками из атмосферы оксидов серы и азота (перенос из атмосферы в почву).

• Биотический перенос загрязнения. Этот вид переноса загрязнения связан с движением пищи по трофическим цепям в экосистемах. • Загрязняющие вещества, присутствующие в пище, не усваиваются организмами а накапливаются в них, что приводит к аккумуляции загрязнения в организмах, располагающихся на верхних трофических уровнях экосистем.

• I II IV • ФИТОПЛАНКТОН – ЗООПЛАНКТОН – РАКООБРАЗНЫЕ – РЫБЫ – БАКЛАНЫ, V • первый уровень которой представлен фитопланктоном в морской воде, загрязненной пестицидами, смываемыми с полей и доставляемыми речной водой в прибрежные моря. • Эта трофическая цепь демонстрирует возможность аккумуляции пестицидов в рыбе и птицах, находящихся соответственно на 4 -м и 5–м трофических уровнях.

• биотический перенос - накопление радиоактивного цезия-137 в мясе млекопитающих по трофической цепи: • ЛИШАЙНИК – ОЛЕНЬ – ЧЕЛОВЕК.

Загрязнение окружающей среды опасными отходами

Загрязнение атмосферы различными отраслями промышленности

• Количество загрязнителей велико, но «приоритетными» являются: диоксид серы, некоторые канцерогенные вещества, нефть и нефтепродукты, хлорорганические пестициды, оксид углерода и оксиды азота. К наиболее опасным относят диоксины и фураны, радиоактивные вещества и тяжелые металлы.

Основные загрязнители окружающей среды

Десять главных загрязнителей биосферы (курьер ЮНЕСКО, январь 1973 г. )

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ Физическое тепловое, шумовое, электромагнитное, световое, радиоактивное Химическое тяжелые металлы, пестициды, пластмассы, химические вещества Биологическое биогенное, микробиологическое, генетическое Информационное информационный шум, ложная информация, факторы беспокойства ТИПЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Загрязнение Физическое Химическое электромагнитоное аэрозоли тепловое химические вещества шумовое радиоактивное световое пестициды тяжелые металлы пластмассы Биологическое биотическое (биогенное) генная инженерия микробиологич еское

Загрязнения атмосферного воздуха

Атмосферное загрязнение — присутствие в воздухе различных газов, паров, частиц твердых и жидких веществ, включая и радиоактивные, отрицательно влияющих на живые организмы, ухудшающих условия жизни человека и наносящих ему материальный ущерб Загрязнение атмосферы.

Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный. Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных.

К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия

При загрязнении атмосферы наблюдается возникновение синергизма. Суть данного явления заключается в том, что загрязнители реагируют друг с другом в окружающей среде, и при их совместном действии усиливается эффект, сопровождаясь образованием вторичных загрязнителей. Например, два компонента выхлопных газов автомобилей, соединяясь в присутствии солнечного света, образуют новые и даже еще более ядовитые вещества, известные под названием «фотохимического смога» ( «белого смога» ): уф Окислы азота + Углеводороды Пероксиацетилнитрат (ПАН) + Озон (О 3).

Оба вторичных вещества обладают слезоточивым действием, раздражающим действием на дыхательные пути человека. Они опасны для растений: озон усиливает дыхание листьев, что приводит к гибели растения от истощения, а ПАН блокирует реакцию «Хилла» в фотосинтезе, и растение гибнет от недостаточной интенсивности синтеза питательных веществ.

Естественная радиоактивность – радон Искусственная – в результате аварий, добычи руд урановых, эксплуатации реакторов

Атмосферный воздух содержит 30% веществ, относится к I классу опасных В загрязнение атмосферы Основной вклад вносят автомобили на бензине - 75% Самолёты – 5% Автомобили с дизельным топливом – 4% жд транспорт – 2%

Автотранспорт - один из главных источников загрязнения воздуха в крупных городах. В выхлопных газах автомобилей содержится много вредных веществ, например окись углерода, окись азота, некоторые углеводороды ( пектен, гексен и д. р. ), токсические соединения свинца и даже канцерогенные вещества ( бензпирен ).

В городах на долю автомобилей приходится 30 – 70% выбросов. 1 легковой автомобиль в сутки 1 кг выхлопных газов 200 - 280 компонентов полного и неполного сгорания – различные виды воздействия на организм. Подсчитано, что из 1 т бензина образуется 60 кг окиси углерода. Тысячи автомобилей дают за день более 3 т окиси углерода, не считая других ядовитых веществ.

Один автомобиль за 900 км исстрачивает столько же кислорода, сколько человек расходует на дыхание за 1 год. В сутки автомобиль 3, 65 т окиси углерода. Дизельный двигатель занимает одно из первых мест среди источников загрязнения атмосферы канцерогенными веществами.

Влияние выхлопных газов автомобилей на организм человека Загрязнитель Воздействие на организм Угарный газ Кислородная голодание, головная боль, сонливость, замедление рефлексов, ослабление мыслительных способностей, тошнота, рвота, потеря сознания. Оксиды азота, углеводороды Увеличивают восприимчивость организма к вирусным заболеваниям (простуда, грипп), раздражают слизистые оболочки дыхательных путей. Сернистый газ Обострение инфекционных болезней дыхательной системы, воспаление слизистой оболочки носа, горла и бронхов. Соли свинца Нарушение работы кровеносной, нервной, половой систем, нарушения обмена веществ, развитие раковых опухолей.

Четкая организация движения, исключающая частную смену режимов работы Установка нейтрализаторов, замена добавок Работа двигателей на водороде, газ-652 Совершенствование свинцово- кислотных аккумуляторов Газотурбинные двигатели, комбинированные двигатели правильно отрегулированный двигатель ( на 20%) Меры борьбы с загазованностью

Наибольшее количество выбрасывается при быстром разгоне автомобиля, малая скорость, частые остановки.

Первым шагом в установлении вредного воздействия, связанного с загрязнением воздуха, является разработка критерия качества воздуха, а также стандартов качества.

Другим подходом к улучшению состояния атмосферы является требование применения передовых технологических процессов замена вредных материалов безвредными применение мокрых способов обработки сырья вместо сухих.

Как правило, на промышленных предприятиях используются процессы или устройства для газоочистки и пылеулавливания, чтобы уменьшить или предотвратить величину выброса. Процессы газоочистки могут также разрушить или менять его химические или физические свойства так, что он становится менее опасным

В некоторых случаях используют метод рассеивания в атмосфере. Дымовые трубы должны быть достаточно высокими (300 -350 метров), для обеспечения хорошего разбавления примесей путём обтекания воздуха вокруг зданий в зоне аэродинамических теней.

Кроме того, необходимо учитывать температуру выбросов и месторасположение труб. Предприятия строят с подветренной стороны по отношению к жилым районам. На ряде предприятий факельные газы используют для отопления зданий, а их избыток направляется на теплоцентраль.

рациональная технология (безотходные технологии) пыле- и газоочистка пылеотстойная камера – резкое замедление дымовых газов циклон – 50% пыли, коническое дно мультициклон – скрубберы (мокрые) – 90% электрофильтр – 96 -98% планировка и организация санитарнозащитных зон. Санитарный надзор и контроль за чистотой Мероприятия:

Загрязненный атмосферный воздух — серьезный экологический фактор, непосредственно или опосредованно влияющий на морфогенез и метаболизм растений, их генотип и генофонд популяций. Следы влияния загрязненного воздуха на жизнедеятельность растений прослеживаются в радиусе десятков и сотен километров от источников

Экологические проблемы человечества. Можно выделить два аспекта экологической проблемы: - экологические кризисы, возникающие как следствие природных процессов; - и кризисы, вызываемые антропогенным воздействием и нерациональным природопользованием.

Наступление ледников, извержение вулканов, образование гор, землетрясения и связанные с ними цунами, ураганы, смерчи, наводнения - все это земные естественные факторы. В среднем ежегодно на земном шаре происходит одно катастрофическое землетрясение, 18 сильных, 120 разрушительных и умеренных и около миллиона слабых толчков.

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения относятся: 1) возможное потепление климата (“парниковый эффект”); 2) нарушение озонового слоя; 3) выпадение кислотных дождей.

В настоящее время, наблюдаемое изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры, начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых “парниковых газов” — диоксида углерода (СО 2), метана (СН 4), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О 3), оксидов азота и др. Возможное потепление климата

-газ усиливает эффект Основные газовые примеси в атмосфере - газ ослабляет эффект

По новейшим данным ученых, за 80 -е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0, 5 -0, 6 "С. По прогнозам, к началу 2000 г. средняя температура на планете может повыситься на 1, 2 "С по сравнению с до индустриальной эпохой. «Парниковый эффект»

Ученые связывают такое повышение температуры в первую очередь с увеличением содержания углекислого газа (диоксида углерода) и аэрозолей в атмосфере. Это приводит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли. Очевидно, определенную роль в создании так называемого «парникового эффекта» играет и тепло, выделяющееся от ТЭЦ и АЭС.

СО 2 поглощает определенную часть ультрафиолета. Не пропускает инфракрасные лучи Образуется тепловая подушка Повышение температуры Таяние льдов Скорость повышения уровня моря 25 мм в 100 лет. Средняя глобальная t воздуха повысилась на 0, 5 -0, 6 С К 2000 году 1, 2 С, к 2025 г. достигнет 2, 2 -2, 6 С Положительные моменты: состояние растительности.

Озоновый экран (озоносфера) – максимально на высоте 20 -25 км. Толщина составляет 2, 5 - 3 мм. Количество определяется балансом реакций его образования и разложения. В среднем ежесекундно образуется и исчезает 100 т озона.

Под действием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода (О 2) распадаются на свободные атомы, которые в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О 3).

Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие.

В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов. Истощение озонового слоя

Усиление научного и общественного интереса в начале 70 -х годов статьи Г Джонсона и П Крутцена. 1985 г. – озоновая дыра. Журнал «Nature» Дж. Фармана содержание О 2 над Антарктидой систематически уменьшается.

Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко используемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей. аэрозолей.

Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50 -200 лет. В 1990 г. в мире производилось более 1300 тыс. т озоноразрушающих веществ.

Главный виновник – фреоны (хлор фтор углеводород). CFCL 3 и CF 2 CL 2 Синтезирован фреон свыше 60 лет назад, химики не могли нарадоваться: безвредный, нетоксичный, инертный, дешёвый «убийца» . Фреоны в 20. 000 раз превосходит СО 2 в создании парникового эффекта

загрязнители типа фреонов катализируют (ускоряют) процесс разложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона. Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999 г. должно сократиться примерно на 50%.

Озон представляет большую опасность для растений, поскольку при длительном воздействии он вызывает у них хлороз и некроз

Кислотные дожди – дожди, содержащие раствор серной и азотной кислот Термин ввёл в 1872 г. английский инженер Роберт Смит. «Воздух и дождь: начало химической климатологии» .

SO 2 – Сернистый углерод - высокосернистые угли, мазут. NO 2 – окислы азота- двигатели внутреннего сгорания, котельные установки Образуются при сжигании любого ископаемого топлива.

При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута) в составе выделяющихся газов содержатся окислы серы и азота.

В зависимости от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в слабый раствор кислот.

Дождевая вода - р. Н – 5, 6 -5, 7. Уменьшение р. Н на одну единицу означает увеличение кислотности в 10 раз. Рекорд 20 апр. 1974 г. р. Н 2, 4 – шотландский город Питпокри

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей.

Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни.

у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит.

больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Влияние р. Н на жизнеспособность водных организмов

1952 г. Лондон – 4 дня – 4000; 1276 г. Эдуард I – повешен человек сернистый газ: осень-зима. смог