ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕКТОР ГОЛЯК Юрий Владимирович зам

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕКТОР: ГОЛЯК Юрий Владимирович, зам. зав. кафедрой информационных технологий, канд. хим. наук, доцент 1

ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ: ЛЕКЦИЙ: 18 часов ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ: 18 часов ФОРМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ: - Подготовка сообщений-презентаций (на 510 мин. ); - Подготовка рефератов (на 2 -3 стр. ); - Участие в семинарах; 2 - Решение тестов;

ЗАОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ: ФОРМА ОТЧЁТНОСТИ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА (в виде портфолио – подборки информационных и аналитических материалов на заданную тему ). Объём 15 -20 стр. 3

Рекомендуемая литература Основная 1. ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ. / Под ред. Арустамова Э. А. – М. : «Дашков и К» , 2000 -2008. (читальный зал) 2. Акимова Т. А. Хаскин В. В. ЭКОЛОГИЯ. ЧЕЛОВЕК – ЭКОНОМИКА – БИОТА – СРЕДА. Учебник для вузов. – М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2006. (на руки) 4

Дополнительно используются: - Конспекты лекций; - Научные и деловые журналы ( «Эксперт» , «Коммерсант. Ъ» , «Популярная механика» и т. д. ) - Материалы новостей; - Материалы статистики; - Электронные ресурсы. 5

Некоторые полезные Интернет-ресурсы 1. Biodat. Ru – экологический портал (http: //biodat. ru) 2. Ecology-portal. Ru – экологический портал (http: //ecology-portal. ru) 3. Ecoportal. Ru – всероссийский экологический портал (http: //ecoportal. ru) 4. Geographer. Ru – тематический портал (http: //geographer. ru) 5. Practical science – тематический портал (http: //sci. aha. ru) 6. Priroda. Ru – тематический портал (http: //priroda. ru) 7. Xumuk. Ru – сайт о химии (http: //xumuk. ru) 8. Агентство научно-технической информации. Научно-техническая библиотека (http: //sciteclibrary. ru) 6

9. Википедия – свободная энциклопедия (http: //wikipedia. org) 10. Единое окно доступа к образовательным ресурсам (http: // window. edu. ru) 11. Кругосвет – онлайн-энциклопедия (http: //krugosvet. ru) 12. Министерство природных ресурсов и экологии РФ – официальный сайт (http: //mnr. gov. ru) 13. Популярная механика. Научнопопулярный журнал. Русское издание. Электронная версия (http: //popmech. ru) 14. Экологический Гид – справочноинформационный экологический портал (http: //ecogid. ru) 15. Экология производства. Научнопрактический журнал (http: //ecoindustry. ru) 7

Оформление презентации к докладу: 1. Титульный лист (с указанием темы, докладчика, номера группы) 2. Введение 3. Основная часть (с таблицами, схемами, фотографиями и т. д. ) 4. Заключение (выводы) 5. Список использованных источников ИТОГО: 20 -30 слайдов (доклад на 5 -10 мин. ) 8

Текст доклада НЕ ДОЛЖЕН ДУБЛИРОВАТЬ , А ДОЛЖЕН ДОПОЛНЯТЬ текст на слайдах. Для удобства восприятия выбирайте контрастный фон и шрифт, размер текста – из расчёта не более 15 строк на слайд. Сейчас мы посмотрим примеры того, как НЕ НУЖНО делать презентации. 9

– кризис взаимоотношений общества и природы, сохранения окружающей среды. На протяжении тысячелетий человек постоянно увеличивал свои технические возможности, усиливал вмешательство в природу, забывая о необходимости поддержания в ней биологического равновесия. Во взаимоотношениях между обществом и природой произошел качественный скачок, когда в результате резкого увеличения численности населения, интенсивной индустриализации и урбанизации нашей планеты хозяйственные нагрузки начали повсеместно превышать способность экологических систем к самоочищению и регенерации. Вследствие этого нарушился естественный круговорот веществ в биосфере, под угрозой оказалось здоровье нынешнего и будущего поколения людей. Экологическая проблема современного мира не только остра, но и многогранна. 10

Водные ресурсы. Вода – основа жизни на Земле и ее родина. К сожалению, обилие воды только кажущееся, в действительности гидросфера – самая тонкая оболочка Земли, потому что на воду во всех ее состояниях и во всех сферах приходится менее 0, 001 массы планеты. Природа устроена так, что вода постоянно обновляется в едином гидрологическом круговороте и охрана водных ресурсов должна осуществляться в самом процессе использования вод путем влияния на отдельные звенья круговорота воды. Потребности в воде возрастают из года в год. Основными потребителями воды являются промышленность и сельское хозяйство. Промышленное значение воды очень велико, так как практически все производственные процессы требуют большого ее количества. Основная масса воды в промышленности используется для получения энергии и охлаждения. Для этих целей качество воды не имеет большого значения, поэтому основой сокращения водоемкости промышленного производства является оборотноповторное водопользование, при котором однажды забранная из источника вода используется многократно, «увеличивая» тем самым запасы водных ресурсов и снижая их загрязнение. Наибольшими «водопотребителями» среди промышленных отраслей являются черная металлургия, химия, нефтехимия и теплоэнергетика. Переход с прямоточного на повторное водоснабжение позволяет сократить объемы водопотребления на ТЭС в 30 -40 раз, на некоторых химических и нефтеперерабатывающих предприятиях – в 20 -30 раз, на производстве ферросплавов – в 10 раз. Большая часть «промышленных» вод идет на охлаждение нагревающихся агрегатов. Замена водного охлаждения воздушным в химическом и нефтехимическом производствах, машиностроении и стеклообразных материалов с повышенной антикоррозионностью позволили бы металлообработке, на ТЭС и в деревообрабатывающей промышленности сократила бы здесь потребление воды на 70 -80%. Большие возможности сокращения нерациональных расходов воды имеются и в жилищно-коммунальном хозяйстве. Всем хорошо известно, как велики утечки из неисправных кранов, другой санитарно-технической арматуры, из наружных водопроводных сетей. В последнем случае причиной утечек зачастую являются быстроизнашивающиеся трубы, и замена их на долгосрочных эмалированные трубы из намного снизить расход воды. 11

Тематическое планирование курса: Тема 1. Предмет и структура экологии и природопользования 1. 1. История становления, современная структура и предмет изучения экологии 1. 2. Природопользование и его характеристики Тема 2. Основы общей экологии 2. 1. Биосфера, её структура и функции 2. 2. Экологические факторы Тема 3. Антропогенное воздействие на биосферу 3. 1. Понятие экологического кризиса 3. 2. Основные пути антропогенного воздействия на биосферу 3. 3. Экология городской среды и проблема урбанизации Тема 4. Правовое регулирование в области экологии и природопользования 4. 1. Базовые положения природоохранного законодательства РФ 4. 2. Основные термины, устанавливаемые Федеральным законом «Об охране ОС» Тема 5. Нормирование качества окружающей среды 5. 1. Основы экологического менеджмента 5. 2. Нормативы воздействия на окружающую среду 5. 3. Экологический мониторинг Тема 6. Экономика природопользования 6. 1. Экономические механизмы управления природопользованием 6. 2. Расчёт платы за природные ресурсы Тема 7. Пути решения экологических проблем 7. 1. Особо охраняемые природные территории 7. 2. Использование природных ресурсов. Традиционная и альтернативная энергетика 7. 3. Проблемы современного человечества. Международное сотрудничество в области экологии и природопользования 12

ТЕМА 1. ПРЕДМЕТ И СТРУКТУРА ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ 1. 1. История становления и современная структура экологической науки Вопрос № 1. Что такое экология? Вопрос № 2. Что она изучает? Вопрос № 3. Какое отношение она имеет к вашей специальности? 13

БЛИЦ-ЗАДАНИЕ на ближайшие 12 минут: Не прибегая к помощи, ДАЙТЕ СОБСТВЕННЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛЕДУЮЩИМ ПОНЯТИЯМ: 1. Экологическая культура 2. Экологическое образование 3. Экологическое право 4. Экологическое мышление 5. Экологическое равновесие 6. Экологический мониторинг 7. Экологический кризис 8. Антропогенное воздействие 9. Окружающая среда (ОС) 10. Нормирование качества ОС 11. Природные ресурсы 12. Рациональное природопользование 14

Автор термина "Экология" - немецкий зоолог Э. Геккель (1866). от греческого: οἶκος (жилище, дом) λόγος (наука) Эрнст Генрих Геккель (1834 -1919)– немецкий философ и естествоиспытатель. Ввёл в научный лексикон термин «экология» . Разработал теорию происхождения многоклеточных организмов (теория гастреи); сформулировал биогенетический закон, согласно которому в индивидуальном развитии организма воспроизводятся основные этапы его эволюции; построил первое генеалогическое древо животного царства. В молодости изучал медицину и естествознание, получил диплом врача, но медицинской практикой позже никогда не занимался. Более всего интересовали исследования живой природы, в первую очередь зоология и сравнительная анатомия. 15

По Геккелю, экология - "общая наука об отношениях организмов к окружающей среде, куда мы относим в широком смысле все условия существования. Они частично органической, частично неорганической природы; но как те, так и другие. . . имеют весьма большое значение для форм организмов, так как они принуждают приспосабливаться к себе". 16

СОВРЕМЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ – МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ НАУКА, объединяющая знания и методы наук: - естественных (биология, физика, химия, география, медицина); - технических; - математических; - экономических - социальных - информационных. 17

Т. е. , экологию также понимают как методологический общенаучный подход. Современные глобальные проблемы невозможно решить без привлечения экологической методологии. Это проблемы: больших городов, энергетики, использования ресурсов Мирового океана, чистой воды и даже проблема ядерной войны. Экологический анализ показал неизбежность наступления «ядерной зимы» в случае ядерного конфликта. 18

Вернёмся к истории экологии. В начале XX в. оформились экологические школы гидробиологов, фитоценологов, ботаников, зоологов и т. д. На III Ботаническом конгрессе в Брюсселе (1910 г. ) экология официально разделилась на экологию особей (аутоэкология) и экологию сообществ (синэкология). 19

Появились первые экологические сводки и руководства: Ч. Адамс, В. Шелфорд, С. А. Зернов (1913). В 1913 -1920 г. г. были организованы экологические общества, основаны журналы, экологию начали преподавать в университетах. Журналы: “Journal of ecology” (1913), “Ecology” (1920), “Journal of ecological monographs” (1913), “Journal of animal ecology” (1932) и др. 20

В настоящее время развивается множество направлений экологии: начиная от традиционной аутоэкологии, синэкологии и общей экологии, до глобальной экологии, археэкологии (экологии древнейшего человека), экологии города, экологии отдыха (рекрационной экологии). Всего – около 80 разделов экологии. 21

ДЛЯ НАС ПРЕДСТАВЛЯЕТ ИНТЕРЕС ПРИМЕРНАЯ (упрощенная) СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ: 1. Общая экология 2. Биоэкология 3. Геоэкология 4. Факториальная экология 5. Учение о биосфере 6. Экология человека 7. Социальная экология 8. Инженерная (прикладная) экология 22

Ключевые понятия во взаимодействии человека и природы: Медицинская экология — изучает влияние неблагоприятных условий среды жизни человека возникающих по его вине; Экология и культура — изучает социальнокультурную среду. Народ, не помнящий своего прошлого, не имеет своего будущего; Экологическое право — изучает взаимосвязи морали и юридических норм, природоохранного права; 23

Экологическая пропаганда — обучение человека, воспитание экологического мировоззрения, получение экологически ориентрированного образование; Экологическое прогнозирование. В развитие человечества обязательно происходит перестройка природы, её преобразование для хозяйственных нужд; Экономическая экология — включает в себя экономику природопользованияю 24

Индикационная экология — изучает реакции живых организмов на изменения окружающей среды. Экология и политика. Экологические проблемы в наше время стали предметом внешней политики. Вопросы охраны вод, защиты лесов от кислотных осадков обсуждаются главами Правительств. Мир разделен социальными, религиозными и другими барьерами. Земля только одна и экологические проблемы едины. 25

1. 2. Природопользование и его характеристики Природопользование (Пп) / как практическая деятельность человека (совокупность всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению) как наука Термин ввёл Ю. Н. Куражковский (1958 г. ) 26

Пп включает: ü извлечение и переработку природных ресурсов, их возобновление или воспроизводство; ü использование и охрану природных условий среды жизни; ü сохранение (поддержание), воспроизводство (восстановление) и рациональное изменение экологического баланса (равновесия) природных систем, что служит основой сохранения природноресурсного потенциала развития общества. 27

Основные цели Пп как науки: 1. Рациональное размещение отраслей производства на Земле. 2. Определение целесообразных направлений пользования природными ресурсами. 3. Рациональная организация взаимоотношений между отраслями производства при совместном пользовании ресурсами, а именно: => 28

=> 4. исключение вредных влияний на природные ресурсы; 5. обеспечение воспроизводства для растущих производств — расширение воспроизводства используемых ресурсов; 6. комплексность пользования природными ресурсами. 29

7. Создание здоровой среды обитания для людей и полезных им организмов: а) предупреждение ее загрязнения и заражения в результате человеческой деятельности; б) ликвидация естественно существующих в ней вредных компонентов и недостаточностей. 8. Рациональное преобразование природы. 30

Причины нерационального природопользования: ü недостаточное знание законов экологии; ü слабая материальная заинтересованность производителей; ü низкая экологическая культура населения; ü влияние политических, экономических, социальных, нравственных и др. факторов. 31

Природопользование отраслевое ресурсное территориальное 32

1. Отраслевое Пп – использование природных ресурсов в пределах отдельной отрасли. Примеры: добывающая и обрабатывающая промышленность, лесопользование, энергетика, сельскохозяйственное и рекреационное природопользование, транспортная сфера, связь, военнопромышленный комплекс. 33

2. Ресурсное Пп Рассматриваются особенности использования отдельных видов природных ресурсов, их территориальные сочетания, проблемы опустынивания, мирового водопотребления, дефицита пресной воды, межбассейновой и внутрибассейновой переброски речного стока, транспортировки айсбергов, истребления лесов, сокращения видового разнообразия животного мира. 34

3. Территориальное Пп Рассматривается влияние экономического развития территории на характер природопользования. Переход к рациональному природопользованию в экономически развитых странах, природопользование в городских агломерациях, сельскохозяйственных районах, экстремальных и лесных районах, обострение проблем природопользования в развивающихся странах, различия развивающихся стран по условиям и характеру природопользования. 35

Интересы разных отраслей хозяйства выступают в различных сочетаниях: Альтернативное сочетание — использование одного ресурса исключает возможность использования другого ресурса. Например, закладка карьера обязательно уничтожает почвенный покров. Конкурентное сочетание — увеличение или уменьшение использования одного ресурса увеличивает или уменьшает возможность использования другого ресурса. Например, сплошная рубка леса ухудшает рекреационные свойства территории. 36

Нейтральное сочетание — использование одного ресурса не влияет на использование другого. Например, использование лесов для водоохраны не мешает охотничьему хозяйству. Взаимовыгодное сочетание — использование одного ресурса увеличивает возможность использования другого ресурса. Например, садоводство в рекреационной зоне. 37

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ к следующей лекции Рассмотрите историю (основные этапы) взаимоотношений человека и природы с древнейших времён и до нашего времени 38

ТЕМА 2. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ 2. 1. Биосфера, её структура и функции Биосфера – "живая" оболочка Земли, представляющая сложную термодинамически открытую систему. Понятие биосферы ввёл в биологию Ж. Б. Ламарк, в геологию – Э. Зюсс. 39

Завершённое учение о биосфере: В. И. Вернадский Владимир Иванович Вернадский (1863 -1945) – выдающийся русский и советский учёный, естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель. Основоположник учения о биосфере и ноосфере. Академик Императорской Санкт-Петербургской академии наук, один из основателей и первый президент Украинской академии наук. Один из представителей русского космизма, создатель науки биогеохимии. В круг его интересов входили геология и кристаллография, минералогия и геохимия, организаторская деятельность в науке и общественная деятельность, радиогеология, биология, философия. Работам Вернадского был свойствен исторический оптимизм: в необратимом развитии научного знания он видел единственное доказательство существования прогресса. 40

Компоненты биосферы: 1. Аэробиосфера, населенная аэробионтами, субстратом жизни которых служит влага воздуха. 2. Гидробиосфера – населенный гидробионтами мировой океан, моря, озера, реки и др. водоёмы. 3. Геобиосфера – населенный геобионтами слой литосферы. 41

По В. И. Вернадскому, биосфера – особое геологическое тело, строение и функции которого определяются особенностями Земли и космоса. Живые организмы, популяции, виды и все живые вещества – это формы, уровни организации биосферы. В биосфере идет постоянное движение (миграция) атомов, и они переходят из атмосферы в гидросферу, в земную кору и замыкают свои круговороты. 42

43

Границы биосферы определяются наличием условий, необходимых для жизни различных организмов. Верхний предел жизни биосферы ограничен интенсивным потоком УФлучей. Физический предел распространения жизни в атмосфере – озоновый слой. 44

Выше озонового слоя него поток УФ- лучей превосходит допустимую норму, а концентрация озона (сильного окислителя) губительна. Для организмов критическое содержание озона 0, 0005%. На высоте 15– 26 км С(О 3)=0, 001%, У земной поверхности С(О 3)=0, 000007%. 45

Свойства биосферы: - Биологическая продуктивность; - Непрерывность развития; - Устойчивость (состояние динамического равновесия); - Изменчивость; - Саморегуляция. 46

Вещество биосферы: 1. ЖИВОЕ – совокупность всех живых существ. Характеризуется массой, химическим составом, геохимической энергией, многообразием, численностью и динамикой видов. Благодаря нему сохраняется стабильность биосферы, продолжается эволюция. 2. БИОСКОСНОЕ– участвующее в биогенных круговоротах. 3. КОСНОЕ – вещество неорганического (минерального) происхождения. 47

Функции живого вещества: 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ – поглощение и усвоение солнечной (при фотосинтезе) и химической энергии (путем разложения веществ и передаче энергии по пищевым цепям). 2. КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ – накопление отдельных веществ: повышение концентраций элементов в среде, насыщенной этим элементом (например, серы и железа много в живом веществе в районах вулканизма) и т. д. 3. ДЕСТРУКТИВНАЯ - минерализация органического вещества (разложение до более простых соединений), вовлечение их в биологический круговорот. 4. СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ – преобразование физикохимических параметров окружающей среды. 5. ТРАНСПОРТНАЯ – перенос вещества против силы 48 тяжести и в горизонтальном направлении.

Биогеохимические принципы В. И. Вернадского: 1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. 2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. 3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космосом, создается и поддерживается на нашей планете энергией Солнца. 49

Гидросфера – резервуар органического вещества. Во всех типах природных вод действуют механизмы самоочищения – размножения органических веществ фотохимическим и биохимическим путями. Горные породы – хранилище остаточного органического вещества биосферы, которое образует залежи горючих ископаемых (нефти, газа, углей, торфов). 50

Биосфера состоит из тех же химических элементов, что и земная кора. В живых организмах преобладают 14 элементов, которые называются биогенными: Н, С, О, N, Р и т. д. 51

На них приходится 99, 9% веса живых организмов и 99% веса всей земной коры. Тем самым обеспечивается устойчивость жизни на Земле. Все остальные элементы находятся в рассеянном состоянии. O и C составляют 50. . . 90% сухого веса живых организмов. 52

Совокупность живых организмов образует лишь малую долю всей массы вещества биосферы, вес этого вещества представляет много триллионов метрических тонн (1012), вес биосферы несколько квинтиллионов тонн (1018). Жизнь соответствует лишь сотым или десятым процента всей массы живого вещества. В. И. Вернадский 53

Общая биомасса на Земле оценена в 13 21 ~10 т (при массе Земли ~10 т). Т. е. , живое вещество биосферы имеет небольшую долю, но выполняет огромную геологическую работу. Верхняя часть литосферы изменяется в жизненном процессе. 54

Живое вещество играет решающую роль в процессах накопления и преобразования осадков, формирования горных пород. Оно дает начало почти всем ископаемым – не только углеводородам, но также рудам Al, Mn Fe и др. , которые прямо или косвенно связаны с процессами и явлениями жизни. 55

Возраст жизни на Земле составляет 3 млрд. лет (при возрасте планеты 4, 5 млрд. лет). 400 млн. лет назад живые организмы начали заселять сушу. Все современные виды растений, животных и микроорганизмов родствены. Кислород, залежи угля и нефти, отложения известняков, почвенный покров – прямой результат деятельности живых организмов. 56

Биосфера играет важнейшую роль в круговороте не только вещества, но и энергии. (ВОПРОС: Какие примеры круговорота веществ вам известны? Приведите примеры) Солнечная энергия преобразуется организмами в биохимическую, которая в свою очередь расходуется на процессы жизнедеятельности. Энергия аккумулируется и в органическом веществе. 57

В пищевых цепях при переходе на каждый более высокий трофический уровень (хищник => жертва) передается не более 10% энергии. Это один из основных законов биоэкологии, называемый «законом десяти процентов» . Аналогия между биологическим огранизмом и тепловой машиной: его КПД равноценен КПД паровоза Черепановых (9%) 58

Круговорот веществ / природный антропогенный В процессе хозяйственной деятельности человека меняется скорость и направление обращения химических элементов в природе (приведите примеры, изобразите схематически). 59

2. 2. Экологические факторы Понятие экологического фактора (ЭФ) : 1. Любая движущая сила, причина или условие, влияющая на ход какого-либо процесса или явления; 2. Любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на организм хотя бы на одном из этапов его развития, или любое условие среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями. 60

Общепринятая классификация ЭФ: 1. Абиотические (абиогенные) факторы – связанные с проявлениями неживой природы; 2. Биотические (биогенные) факторы – связанные с проявлениями живой природы в любых ее формах; 3. Антропогенные факторы – связанные с проявлениями, которые вызваны разумной и неразумной деятельностью человека. 61

Пример более подробной классификации ЭФ: 62

63

64

65

Понятие о лимитирующем факторе Ю. Либих (XIX в. ) установил: рост растений ограничивается элементом, концентрация которого лежит в минимуме. Фактор, находящийся в недостатке, был назван лимитирующим. Это понятие применимо не только к веществам, но и ко всем ЭФ. 66

Модель «бочки Либиха» : рейки по бокам – разной высоты. Какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку можно только по самую короткую рейку. 67

Учет совместного действия ЭФ – важная проблема. 3 вида взаимодействия ЭФ: 1. Аддитивный: суммация действия. Взаимодействие равно простой алгебраической сумме исходных факторов (1+2=3); 2. Синергетический: совместное действие факторов усиливает эффект (при их совместном действии он больше простой суммы эффектов: 1+2>3); 3. Антагонистический: совместное действие факторов ослабляет эффект (эффект при совместном действии меньше простой суммы эффектов: 1+2<3). 68

Повторение прошлой лекции (к вопросу о функциях и роли биосферы) Оценим роль биосферы в глобальном круговороте энергии. 69

Вычислите примерно, во сколько раз энергетический потенциал растительного покрова Земли (6, 87 x 1020 ккал/год) больше (меньше? ) суммарной годовой производительности всех электростанций (оценим ее порядка 1 Тераватт в час). 1 ТВт х час = 1012 Вт х час; 1 ккал = 4190 Дж; 1 Вт х час = 3600 Дж; 1 год = 365, 25 сут = 365, 25 х 24 ч 70

ТЕМА 3. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА БИОСФЕРУ 3. 1. Понятие экологического кризиса. Классификация антропогенных воздействий на биосферу Человек не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые – например, синтезируя новые, не имеющие аналогов в природе соединения (ядохимикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы). 71

Человек видоизменяет живую и неживую природу, беря на себя и геохимическую роль. Антропогенные факторы по своей силе в ХХ в. достигли 1% от естественных геологических сил – это критический уровень для экологии. 72

Типы загрязнения ОС: 1. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ – различные виды неблагоприятных физических воздействий (электромагнитного, радиационного, шумового, вибрационного, теплового и т. д. ). Может выражаться в единицах соответствующих физических величин. 2. ИНГРЕДИЕНТНОЕ (минеральное и органическое) – загрязнение веществами различной природы в избыточных концентрациях. Выбросы предприятий и транспорта, аварийные сбросы, бытовые отходы, ядохимикаты, удобрения и т. д. => 73

=> 3. БИОЦЕНОТИЧЕСКОЕ – нарушение баланса компонентов живой природы в экосистемах: комплексный фактор беспокойства, нерегулируемый отстрел и отлов, браконьерство, случайная и направленная акклиматизация видов, нарушение популяционного баланса. 4. СОЦИАЛЬНО-ДЕСТРУКТИВНОЕ – преобразование среды обитания человека в ходе хозяйственной деятельности: вырубка зелени, почвенная эрозия, осушение земель, нарушение циркуляции воды, карьерные выработки, дорожное строительство, урбанизация. => 74

=> 5. ЭСТЕТИЧЕСКОЕ (визуальное) – последствия архитектурной и строительной деятельности. Агрессивная архитектура, объекты, не гармонирующие с ландшафтом, вызывающие визуальное напряжение и раздражение (бизнесцентры, высотные дома и т. д. ). 75

Экологический кризис – кризис взаимоотношений общества и природы, сохранения окружающей среды. Вопрос: Сколько всего, по вашему мнению, было экологических кризисов в истории человечества? 76

Всего выделяют 5 экологических кризисов: 1 -й кризис: середина послеледникового периода (~50 тыс. лет назад). Кризис собирательства и примитивной охоты. Люди вышли из него, овладев огнем и технологией загонной охоты. 2 -й кризис (~10 тыс. лет назад): истребление мамонтов. Резко сократились пищевые ресурсы, это в свою очередь привело к массовому вымиранию людей (население сократилось в 8 -10 раз). Это был кризис, переросший в социальноэкологическую катастрофу. Выход был найден в переходе к земледелию и скотоводству, к оседлому образу жизни. 77

3 -й кризис (6 -8 тыс. лет назад) предшествовал зарождению поливного земледелия. Он был скорее не глобальным, а региональным. 4 -й кризис (средние века) совпал с массовым сведением лесов на дрова и под с/х угодья. Завершился промышленной революцией, переходом на ископаемое топливо (уголь, нефть, газ). Нынешний, 5 -й кризис (с середины ХХ в. ) совпал с индустриализацией, с экстенсивным развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства. В результате хозяйственной деятельности человека ущерб биосфере в 10 раз превосходит ее возможности по самовосстановлению, т. к. люди потребляют 100% производимой биосферой продукции. 78

Для человека наибольшую опасность представляет разновидность антропогенных воздействий – техногенные воздействия. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), популяционное здоровье зависит в среднем: на 50 -52% – от уровня и образа жизни; на 20 -22% – от наследственных факторов; на 7 -12% – от уровня медицинского обслуживания; на 18 -20% – от состояния окружающей среды. 79

3. 2. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА АТМОСФЕРУ, ПОЧВУ, ГИДРОСФЕРУ, ПИЩУ Атмосфера – газовая оболочка Земли. Её масса – ~ 5, 9 х1015 т (примерно 0, 000001 массы Земли). Под действием солнечного излучения в атмосфере протекают реакции с участием кислорода, озона, азота, оксидов азота и углерода, паров воды. Основным загрязняющим агентом (более 90% объема вредного воздействия) является углекислый газ. 80

Антропогенная деятельность влияет на климатические факторы, изменяет их режимы. Массовые промышленные выбросы в атмосферу твердых и жидких частиц могут резко менять режим рассеивания солнечного излучения в атмосфере и уменьшать приход теплоты к поверхности Земли. 81

Уничтожение лесов, создание крупных искусственных водохранилищ на бывших территориях суши увеличивает отражение энергии, а загрязнение пылью снега и льда – наоборот, усиливает поглощение, что приводит к их интенсивному таянию. В результате на поверхности Земли меняется схема циркуляции тепла. 82

Ежегодное возрастание содержания CO 2 оценивается в 1 -2 х10 -4 %. Это может привести уже в первой половине XXI в. к катастрофическим изменениям климата (к массовому таянию ледников и подъему уровня Мирового океана). 83

В промышленных районах и крупных городах угрозу представляют выбросы в атмосферу оксидов азота и серы. Главные источники: выбросы заводов, котельных и транспорта. Эти компоненты, как и многие другие (хлор, хлороводород, аммиак) раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей, провоцируют респираторные заболевания. 84

Качество воздуха является причиной 40 -50% заболеваемости. По данным о потерях рабочего времени по болезням, что техногенное загрязнение воздуха на 43 -45% виновно в ухудшении здоровья населения. 85

Среди загрязнителей (поллютантов), поступающих в окружающую среду в результате антропогенной деятельности, есть немало особенно опасных веществ – супертоксикантов и ксенобиотиков (греч. xenos+bios – «чуждых жизни» ). 86

Почва даёт основу для производства 95 -97% мировых запасов продовольствия. Почва – сложная саморегулирующаяся система, выполняющая несколько важных функций. Она является: плодородной базой для растений, местом обитания микроорганизмов и многих низших животных; фильтром для грунтовых вод; естественным абсорбентом (поглотителем) избыточной влаги, вредных и ядовитых веществ. 87

Площадь земельных ресурсов мира: 129 млн. км 2 (86, 5% площади суши). Пашня и многолетние насаждения: 15 млн. км 2 (10% суши). Сенокосы и пастбища: 37, 4 млн. км 2 (25% суши). Общая пахотная пригодность земель: 25 -32 млн. км 2. 88

Почва играет важную роль в глобальном круговороте N, C, О. Это особенно важно в связи с возможностью климатических изменений из-за повышения содержания в атмосфере CO 2. Техногенное воздействие способствует загрязнению, дегумификации, вторичному засолению, эрозии почвы. В почве часто находят избыточные концентрации Pb, Hg, Cd, Cu. 89

Металлы и пестициды способны накапливаться в организме. Пестициды, смываемые с полей в реки и моря, накапливаются в печени рыб и других гидробионтов, в том числе имеющих промысловое значение. Например, давно не используется в сельском хозяйстве ядохимикат ДДТ, но его до сих пор находят в печени промысловых рыб Балтики. 90

Измеряемое содержание супертоксикантов в тканях -4. . . 10 -5 %), но предельно мало (~10 достаточно, чтобы судить о динамике экологической ситуации водоемов и прибрежных территорий. Такой метод получил название «биоиндикация» . 91

Основные группы пестицидов: Бактерициды (для борьбы с микроорганизмами); Фунгициды (для борьбы с грибковыми организмами); Инсектициды (для борьбы с насекомыми); Родентициды (для борьбы с грызунами); Репелленты (для отпугивания вредителей); Дефолианты (вызывают опадание листьев); Десеканты (вызывают высыхание сорняков). 92

Повышенное содержание свинца (Pb) может вызываться атмосферной эмиссией (поглощением из атмосферы) за счет выхлопных газов, внесения компостных удобрений. Почва становится «мёртвой» при содержании 2 -3 г Pb на 1 кг грунта (вокруг некоторых предприятий содержание Pb в почве достигает 10 -15 г/кг, или 1, 0 -1, 5% !). 93

Мышьяка (As) в почвах содержится порядка 10– 7, однако его концентрация может увеличиться в 50 раз применении арсената свинца для травления семян. Ртути (Hg) в почвах содержится 0, 09 -0, 25 мг/га; за счет протравливания может ежегодно добавляться около 5 г/га; столько же попадает в почву с дождем. Дополнительные загрязнения возможны при внесении удобрений, компостов и с дождевой водой. 94

Если зерновые выращиваются с высоким содержанием селена (Se), то сера в аминокислотах замещается селеном. Образуются ядовитые «селеновые» аминокислоты. Недостаток молибдена (Мо) в почве ведет к накоплению в растениях нитратов; в присутствии природных вторичных аминов начинаются реакции, которые могут вызывать у теплокровных животных развитие раковых заболеваний. 95

В почве всегда присутствуют канцерогенные вещества, вызывающие опухолевые заболевания у живых организмов. Основными источниками канцерогенов являются выхлопы транспорта, выбросы промышленных предприятий, продукты нефтепереработки. 96

Гидросфера – резервуар органического вещества. Во всех типах природных вод действуют механизмы самоочищения (за счет фото- и биохимического разложения органического вещества). 97

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в связи с антропогенным воздействием, что делает воду опасной для использования, наносит ущерб хозяйству, здоровью и безопасности населения. 98

Для человека имеет значение: 1. Непосредственный контакт с пресной (поверхностной, подземной) и морской водой; 2. С пищевыми биоресурсами, добываемыми в воде (рыба, моллюски, морские растения) либо выращиваемыми с использованием воды (культуры растений, домашние животные). 99

Хозяйственная деятельность может иметь разные последствия. Так, содержание фосфатов в морской воде средних широт – лимитирующий фактор для развития планктона и в целом для продуктивности сообществ. Доказано, что увеличение численности промысловых рыб в Балтийском море в ХХ в. было напрямую связано с массовым внедрением минеральных удобрений (и их смывом грунтовыми водами в реки). Такое явление в экологии получило название «эвтрофикация» . 100

Основные факторы загрязнения пищи: 1. Пестициды; 2. Соли тяжёлых металлов; 3. Нитраты, нитриты и др. минеральные соли; 4. Диоксины. Например, каждый тяжелый металл имеет свой спектр действия на организм, накапливается в тех или иных тканях. 101

Классификация металлов по токсичности: 1) высокотоксичные: ртуть, уран, индий, кадмий, медь, таллий, мышьяк, золото, ванадий, платина, бериллий, серебро, цинк, никель, висмут; 2) умеренно токсичные: марганец, хром, палладий, свинец, осмий, барий, иридий, олово, кобальт, галлий, молибден, скандий, сурьма, рутений, родий, лантаноиды; 3) малотоксичные: алюминий, железо, германий, кальций, магний, стронций, цезий, рубидий, литий, титан, натрий. Металлы расположены в рядах по мере убывания токсичности. Если токсичность ионов Na+ принять за 1, то ионов ртути почти 2. 300. 102

Действие соединений тяжёлых металлов на человека № Элемент Направление действия 1. Медь (Cu) Кровеносная, пищеварительная системы 2. Свинец (Pb) 3. Ртуть (Hg) Миокард (сердечная мышца), ЦНС, твёрдые ткани Щитовидная железа Особенности действия Гемолиз (разложение крови), почечная недостаточность, гастроэнтерит, лихорадка, судороги. Вытесняет кальций из организма Гормональные нарушения, хроническое отравление 103

№ Элемент 4. Хром (Cr) 5. Железо (Fe) 6. Кобальт (Со) Направление действия Особенности действия ВЕСЬ ОРГАНИЗМ Подавляет энергетический обмен в клетках Кровеносная, Отложение солей, пищеварительная гастроэнтерит, системы гемосидероз, гемохроматоз Сердце; Кардиомиопатия; эмбриотоксическое женская действие (вплоть до репродуктивная внутриутробной гибели система плода). Накапливается в организме при употреблении пива в больших количествах. 104

№ Элемент Направление действия Особенности действия 7. Марганец (Mn) ЦНС; головной мозг Нейротропный яд хронического действия 8. Цинк (Zn) Дыхательная, пищеварительная системы 9. Никель (Ni) Гормональная система 10. Кадмий (Сd) Почки, печень Желудочные отравления; приступы лихорадки, озноба, тошноты, рвоты, мышечных болей Задержка роста, нарушение азотного обмена Конкурирует с цинком в биохимических процессах 105

Особо токсичный класс веществ – диоксины. Они, как и близкие к ним хлорорганические соединения, обладают широким спектром действия. В малых дозах они вызывают мутагенный эффект, отличаются кумулятивной способностью, ингибирующим и индуцирующим действием по отношению к некоторым ферментам живого организма. Могут вызывать повышение аллергической чувствительности к различным ксенобиотикам. 106

Радиационное загрязнение Вопросы: 1. Что такое радиация? 2. Как она проявляется в природе и как действует на человека? 107

Проходя через живые ткани, α, β, γ -излучения вызывают образование избыточных заряженных частиц (ионов), что приводит к физическим, химическим и физиологическим нарушениям. Источники ионизирующих излучений: / Естественные Антропогенные (>80% суммарной дозы) - Космическая (фоновая) радиация; - Горные породы, стройматериалы (гранит, щебень); - Радон-222. - мед. аппаратура; - бытовая и спец. техника; - АЭС, реакторы АПЛ, АХ и т. д. 108

Шкала воздействия радиационных излучений => 109

=> Предельный допустимый уровень для населения: 0, 5 бэр/год · 70 лет = 35 бэр 110

3. 3. ЭКОЛОГИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ И ПРОБЛЕМА УРБАНИЗАЦИИ Созданная человеком среда включает: 1) элементы природной среды, измененные человеком: преобразованные ландшафты (степи – поля, леса – парки, реки – водохранилища), измененный мезоклимат, иной популяционный состав среды, отклонения от естественного состава и свойств воздуха, воды, почвы и т. п. – так называемую квазиприродную среду; => 111

=> 2) искусственные элементы: здания, сооружения, кондиционированный микроклимат, шумы, электромагнитные поля, проникающая радиация, вещества, материалы. В сочетании с квазиприродной они образуют артеприродную среду. 112

На стыке с социальной и техногенной среды находятся селитебная среда, т. е. среда жилищ и населенных пунктов, и производственная среда – среду рабочих мест и окружения производственных объектов. При некоторых видах деятельности, требующих изоляции от внешней среды (подводные и космические аппараты), человек оказывается целиком в искусственной среде. 113

Понятие жилища, по определению Всемирной организации здравоохранения, не ограничивается стенами зданий, включает не только придомовую территорию, но и микрорайон, жилой район со всеми учреждениями. 114

Тесная взаимосвязь внутрижилищной и городской среды требует при решении проблем гигиенической оптимизации жилища рассмотрения системы: Человек – Жилая ячейка – Здание – Микрорайон – Жилой район города как единого комплекса. 115

Для жилой среды характерны: • Искусственность, т. к. главную роль в создании среды имеет целенаправленная деятельность человека; • Расширение числа потребностей, удовлетворяющихся в данной среде (труд, общественная деятельность, учеба и самообразование, культурное развитие и т. д. ); • Создание новых сооружений и коммуникаций, обеспечивающих удовлетворение современных и будущих потребностей людей; • Непрерывная изменчивость среды, динамизм, порождающий новые проблемы; 116

В условиях жилой среды есть небольшое число факторов (например, асбест, формальдегид, аллергены, бензопирен), которые можно отнести к группе «АБСОЛЮТНЫХ» причин заболеваний. Большинство факторов жилой среды по своей природе обладает меньшей патогенностью: например, химическое, микробное, пылевое загрязнение воздуха помещения. Они способны в определенных, крайних случаях приобретать свойства, характерные для факторов – причин заболеваний, что позволяет отнести их к группе «ОТНОСИТЕЛЬНЫХ» условий развития заболеваний. 117

В воздухе жилой среды могут находиться около 100 веществ, относящихся к различным классам химических соединений: предельные, непредельные, ароматические углеводороды (УВ); галогенопроизводные УВ; спирты, в т. ч. ароматические (фенолы); простые и сложные эфиры; альдегиды, кетоны; гетероциклические соединения; аминосоединения. 118

Качество воздушной среды закрытых помещений сильно зависит от качества окружающего атмосферного воздуха. Все здания имеют постоянный воздухообмен и не защищают своих жителей от загрязненного атмосферного воздуха. 119

Миграция пыли, токсических веществ, во внутреннюю среду помещений обусловлено их естественной и искусственной вентиляцией, и поэтому вещества, присутствующие в наружном воздухе обнаруживаются в помещениях, причем даже в тех, в которые подается воздух, прошедший обработку в системе кондиционирования. 120

При часовом горении газа в воздухе помещений концентрация веществ составляет (мг/ куб. м): окись углерода (СО) – 15, формальдегид – 0, 037, окись азота – 0, 62, двуокись азота – 0, 44, бензол – 0, 07. Температура воздуха в помещении при этом увеличивается на 3 -6 градусов, влажность – на 10 -15 %. 121

Мощный источник загрязнения воздушной среды в помещениях – строительные и отделочные материалы, изготовленные из полимеров. Только в строительстве номенклатура полимеров насчитывает около 100 материалов. Строительные полимерные материалы используются для покрытия полов, отделки стен, теплоизоляции наружной кровли и стен, гидроизоляции, герметизации и облицовки навесных панелей, изготовления оконных блоков и дверей и т. п. 122

Стеклопластики на основе различных смесей, применяемых в строительстве, звуко- и теплоизоляции выделяют в воздух ацетон, метакриловую кислоту, толуол, бутанол, формальдегид, фенол, стирол. Лакокрасочные покрытия (ЛКП) и клейсодержащие вещества также являются источниками загрязнения воздушной среды закрытых помещений такими веществами, как толуол, бутилметакрилат, бутилацетат, этилацетат, ксилол, стирол, ацетон, бутанол и др. 123

Пониятие «ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ МАТЕРИАЛ» не является абсолютным и включает в себя: 1. Безопасность для человека в условиях повседневной эксплуатации; 2. Безопасность технологии, по которой производится данный материал; 3. Безопасность в процессе утилизации материала. Приведите примеры известных вам экологически чистый материалов. 124

Канцерогенные факторы жилища: 1. радон-222; 2. полимерные синтетические материалы и бытовая химия; 3. асбест; 4. табачный дым; 5. антропотоксины; 6. газовые плиты и приборы; 7. электроприборы; 8. загрязнение воздушной среды вне помещения. 125

Заключение Оценка экологических опасностей должна быть комплексной, с учетом движения по трофическим цепям, кумуляции, биотрансформации, метаболизма, переноса и перехода из одних сред в другие, возможности изменений и превращений во вторичные загрязнители, качественное и количественное влияние на различные организмы, входящие в экосистемы и влияние на сами экосистемы, начиная от простейшего уровня до биосферы в целом. 126

Жилье невозможно полностью обезопасить от вредных, опасных факторов ОС, т. к. единая система «Человек – Биота – Среда» – функционирующий, как единое целое организм. 127