ЭКОЛОГИЯ – МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ ОБЛАСТЬ ЗНАНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ В ПРИРОДЕ И ОБЩЕСТВЕ В ИХ ВЗАИМОСВЯЗИ
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ 1. РОСТ ЧИСЛЕННОСТИ НАСЕЛЕНИЯ
Динамика численности человечества в течение последних 8 тыс. лет (по: The Complete Ecology Fact Book, 1972)
• • • • В начале нашей эры на Земле было уже 300 млн, к концу 1 -го тыс. н. э. — 400 млн, в 1500 — 500 млн, в 1800 — 980 млн, в 1900 — 1, 6 млрд, в 1960 — 3 млрд, в 1993 — 5, 65 млрд, 12 октября 1999 года население Земли составило 6 млрд человек, в 2003 — 6, 3 млрд, в 2006 — 6, 5 млрд, в 2010 — 6, 8 млрд, в конце 2011 1 ноября — 7, 0 млрд человек, прогноз на 2050 год — 9. 5 миллиардов человек.
Первые 10 стран по численности и плотности населения в 1900, 2000 и 2050 гг. 1900 2000 Страна Численн ость населен ия (млн чел) Плотно сть населен ия (чел/км 2 ) Китай 472 Индия 2050 Страна Численн ость населен ия (млн чел) Плотно сть населен ия (чел/км 2 ) Страна Численно сть населения (млн чел) Плотно сть населен ия (чел/км 2 ) 49 Китай 1. 261 135 Индия 1. 628 495 230 70 Индия 1. 016 342 Китай 1. 394 145 США 76 8 США 282 31 США 422 45 Россия 74 4 Индонезия 210 116 Пакистан 349 438 Япония 45 119 Бразилия 170 20 Индонезия 316 166 Германия 42 118 Россия 146 9 Нигерия 307 332 Франция 41 74 Пакистан 138 179 Бангладеш 255 1771 Индонезия 39 20 Бангладеш 130 997 Бразилия 221 26 Великобри тания 38 157 Нигерия 127 139 Конго, Дем. Респ. 181 77 Италия 33 110 Япония 127 337 Эфиопия 173 157
№ Страна Население Прирост ▲ 0, 493% 1 КНР 1 349 718 000 2 Индия 1 222 172 000 ▲ 1, 344% 3 США 313 328 000 ▲ 0, 963% 4 Индонезия 245 612 000 ▲ 1, 213% 5 Бразилия 195 962 000 ▲ 1, 134% 6 Пакистан 174 807 000 ▲ 1, 573% 7 Бангладеш 162 221 000 ▲ 1, 566% 8 Нигерия 154 000 ▲ 1, 933% 9 Россия 143 000 ▼ -0, 03% 10 Япония 127 000 ▼ -0, 088%
Среднегодовой прирост народонаселения разных континентов (по: Population Division of the Department of Economic and Social Affairs of the United Nations Secretariat, World Population Prospects: The 2002 Revision and World Urbanization Prospects: The 2001 Revision, http: //esa. un. org/unpp, 30 October 2004; ) Европа Россия Сев. Америка Африка Лат. Америка 1900 -20 0, 6 1, 4 1, 9 1, 2 1, 8 1920 -40 0, 7 1, 1 1, 5 1, 7 1940 -50 0, 3 -0, 8 1, 3 1, 4 2, 5 1950 -55 0, 8 1, 7 1, 8 2, 2 2, 6 1955 -60 0, 8 1, 8 2, 3 2, 8 1965 -70 0, 6 1, 0 1, 1 2, 7 1975 -80 0, 4 0, 9 1, 1 2, 9 2, 5 1980 -85 0, 4 0, 7 1, 0 2, 7 2, 1 1985 -90 0, 4 0, 7 1, 0 2, 8 1, 9 1990 -95 0, 2 0 1, 1 2, 6 1, 7 1995 -2000 0, 0 -0, 3 1, 1 2, 4 1, 6 2000 -2005 -0, 1 -0, 6 1, 0 2, 2 1, 4 Период
Причина роста численности населения и факторы, оказывающие влияние на нее • Снижение детской смертности, особенно в развивающихся странах • Тип мышления – аграрный или индустриальный • Религия • Образование • Уровень медицинского обслуживания • Политика планирования семьи
Вклад различных факторов в здоровье населения по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) Факторы Вклад фактора, % Образ жизни (нац. особенности, привычки и т. п. ) 50– 52 Биология (генетика) человека 20– 22 Состояние окружающей среды 18– 22 Здравоохранение 7– 12 (С) Лаборатория ландшафтной экологии ИФПБ РАН
Последствия роста численности населения • Исчерпание природных ресурсов • Голод • Болезни • Рост смертности от голода и болезней
Биосферная модель численности населения планеты – автор – Ви ктор Гео ргиевич Горшков (Россия) Автор теории (концепции) об определяющем влиянии естественных экосистем (биоты) на поддержание параметров окружающей среды в пределах, допускающих существование жизни на планете Земля Максимальное число людей на планете не должно превышать 1 млрд. человек. Это та численность населения планеты, которая не разрушает биосферу планеты
ДЕННИС МЕДОУЗ Dennis Meadows Ресурсная модель мира Планета в состоянии обеспечить ресурсами около 8 (7, 7) млрд. человек. Стабилизация численности населения произойдет после экономического спада, обусловленного исчерпанием природных ресурсов Медоуз Д. Х. , Медоуз Д. Л. , Рандерс Й. , Бернс В. , Пределы роста. Доклад по проекту Римского клуба «Сложные положения человечества»
Прогноз динамики развития человечества с учетом ряда ключевых характеристик: численности, производства продуктов питания, минеральных ресурсов, загрязнения окружающей среды (по: Медоуз и др. , 1994, с. 153 )
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ 2. ГЛОБАЛЬНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА
Парниковый эффект
• Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896. • Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты. • На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар (ответственен примерно за 36 -70 % парникового эффекта, без учёта облаков), углекислый газ (CO 2) (926 %), метан (CH 4) (4 -9 %) и озон (3 -7 %) • Атмосферные концентрации CO 2 и CH 4 увеличились на 31 % и 149 % соответственно по сравнению с началом промышленной революции в середине XVIII века
• Результаты последних исследований • • подкрепляют теорию о том, что причиной глобального потепления является человеческая деятельность. Исследование с участием ученых из Шотландии, Канады и Австралии показало, что вероятность естественных, а не антропогенных причин изменения климата на планете составляет не более 5 %. Согласно тому же исследованию, с 1980 года средняя температура воздуха на планете поднялась на 0. 5 градуса по Цельсию, и Земля продолжает нагреваться примерно на 0. 16 градуса за десятилетие.
Причины, усиливающие парниковый эффект: антропогенные выбросы парниковых газов – углекислого газа, метана, фреонов. • Производство энергии (использование • • ископаемых энергоносителей) – 50% Выбросы озоноразрушающих веществ – 20% Жизнедеятельность тропических лесов (выбросы в атмосферу в результате горения и естественного разложения) – 15% Сельскохозяйственное производство (поступление метана от животноводческих хозяйств, рисовых полей, внесения удобрений и размещения отходов) – 15% Сокращение площадей лесов
•
• Концентрация в атмосфере углекислого газа в 2011 • • • году выросла на 0, 72% — с 388, 56 до 391, 3 частей на миллион (ppm) Критический для климата уровень - 450 ppm, это приведет к повышению температуры в мире в среднем на 2 гр. С (данные американского Института океанографии имени Скриппса) В доиндустриальную эпоху концентрация CO 2 в атмосфере не превышала 280 ppm Человечество должно прекратить наращивать объем сжигания ископаемого топлива и выбросов СО 2 в 2015 году
Структура выбросов углекислого газа по регионам мира • Северная Америка • 35% • • • 26% • 13, 3% • • • (особенно США) Западная Европа Азия (без бывшего СССР) Россия Восточная Европа Южная Америка Африка Океания (страны Тихоокеанского бассейна) • • • 13, 2% 6, 6% 2, 9% 1, 8% 1, 2%
• Попытки снизить вредное воздействие привели к • • • принятию в 1992 году Рамочной конвенции ООН по изменению климата В 2005 году вступил в силу Киотский протокол Рамочной конвенции ООН, который содержит количественные обязательства развитых стран по сокращению выбросов парниковых газов. Протокол включает более 160 стран мира и покрывает около 55 % общемировых выбросов парниковых газов. Протокол предусматривает два проектных механизма сокращения выбросов, а также международную торговлю квотами. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008— 2012 годам выбросы CO 2 на 5 % от уровня 1990 года: Европейский союз должен сократить выбросы CO 2 и других тепличных газов на 8 %. США — на 7 %. Япония — на 6 %.
• Россия заявила о своем отказе участвовать во втором периоде обязательств Киотского протокола. Второй период, в котором наряду с РФ не будут участвовать Канада и Япония, должен начаться 1 января 2013 года.
Последствия изменения климата – таяние ледников, повышение уровня мирового океана, затопление территорий
Последствия глобального изменения климата – снижение урожайности сельскохозяйственных культур из-за засух или переувлажнения
1. Нарастающее антропогенное загрязнение атмосферы диоксидом углерода и другими газами, усиливающими «парниковый эффект» существенно ускоряет потепление климата. 2. При таянии полярных льдов повысится почти на 1 м уровень Мирового океана, и под водой окажутся прибрежные низины с наиболее плодородными почвами. Пострадают многочисленные сооружения по всей береговой линии морей и океанов. 3. В высоких широтах сократится зона вечной мерзлоты, от чего пострадают все сооружения, построенные на промерзшем грунте, увеличится частота аварий в результате размыва дорог и разрыва трубопроводов.
4. Биологическое разнообразие арктической и 5. 6. бореальной флоры и фауны может значительно сократиться из-за того, что многие виды растений и животных не успеют переселиться на новые территории, соответствующие их природным адаптациям Возрастет частота и сила природных катастроф, таких как: наводнения, засухи, ураганы. Существенно расширится пояс субтропических инфекций, повысится общий уровень заболеваемости, в том числе особо опасными инфекциями, увеличится риск эпидемий.
Произойдет также: • изменение солевой плотности океанов, • повышение влажности воздуха, • изменение характера дождевых осадков и таянии арктического льда со скоростью примерно 600 тыс. кв. км за десятилетие, • атмосфера станет более влажной, будет выпадать больше дождей в высоких и низких широтах, и меньше — в тропических и субтропических регионах
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ 3. РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ
Озо новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25— 30 км, в умеренных 20— 25, в полярных 15— 20). Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1912 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы.
Механизм образования, а также расходования озона был предложен Сидни Чепменом в 1930 году и носит его имя. Реакции образования озона : О 2 + hν → 2 О. О 2 + O → О 3. Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175— 200 нм и до 242 нм. Озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом: О 3 + hν → О 2 + О. О 3 + O → 2 О 2.
Снижение концентрации озона в стратосфере над Антарктидой Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году в Южном полушарии над Антарктидой группой британских учёных - Дж. Шанклин, Дж. Фармен, Б. Гардинер. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра меньших размеров.
Изменение диаметра "озоновой дыры" над Антарктидой в период с 1980 по 1991 гг. (по: http: //exp-studies. tor. ec. gc. ca/cgi-bin/select. Map? lang=e) 1980 1988 1985 1990
Изменение размеров «озоновой дыры» над Антарктидой с 1980 по 2003 гг. (млн. км 2) Усреднено за 30 дней. Границы зоны с концентрацией озона менее 220 ед. Д. )(
К разрушению озона приводят • Азотный цикл (NOx): N 2 O + O(1 D) → NO + NO, О 3 + NO → NO 2 + О 2, NO 2 + О → NO + О 2. • Хлорный цикл (Cl. Ox): CFCl 3 + hν → CFCl 2 + Cl, Cl + O 3 → Cl. O + O 2, Cl. O + O → Cl + O 2. • Водородный цикл (HOx): • Отсутствие солнечного Н 2 O + O → OH + OH, ОН + О 3 → НО 2 + О 2, НО 2 + О 3 → ОН + 2 О 2. • излучения в течение полярной зимы Полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт
ПРИЧИНЫ, ВЫЗВАННЫЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ЧЕЛОВЕКА • ВЫБРОС В АТМОСФЕРУ ХЛОРИРОВАННЫХ ФТОРУГЛЕВОДОРОДОВ (ХФУ), ГАЛОГЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ГАЛОНОВ), БРОМИСТОГО МЕТИЛА • СОКРАЩЕНИЕ ПЛОЩАДИ ЛЕСОВ
НАПРАВЛЕНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФХУ • АЭРОЗОЛИ • ПЕНООБРАЗОВАТЕЛИ • ХОЛОДИЛЬНИКИ • РАСТВОРИТЕЛИ • ПРОЧИЕ • 27% • 25% • 16% • 7%
Динамика производства фреонов в мире (по: Worldwatch Datebase, 2000)
ПРИМЕНЕНИЕ ХФУ ПО РЕГИОНАМ МИРА • СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА • ЗАПАДНАЯ ЕВРОПА • АЗИЯ И ОКЕАНИЯ • ВОСТОЧНАЯ ЕВРОПА • ЮЖНАЯ АМЕРИКА • АФРИКА • 35% • 32% • 18% • 11% • 3% • 1%
Прогноз влияния снижения концентрации озона в стратосфере на биоту. (Коэф. =1 соответствует концентрации озона в 1970 г)
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ 4. ВЫПАДЕНИЕ КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ
ПРИЧИНЫ • Диоксид серы - при сжигании сернистых топлив - мазута и угля. • Оксиды азота - процессы горения топлива; получение и применение азотной кислоты; производство взрывчатых веществ; производство азотных удобрений; производство анилиновых красителей; производство вискозного волокна; газовые выбросы химической промышленности
Химические реакции в атмосфере: • SO 2 + 0, 5 O 2 → SO 3 – сернистый ангидрид, • SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 – серная кислота • 60% SO 2 превращается в серную кислоту • NO 2 + H 2 O → HNO 3 – азотистая кислота
Последствия • Снижение р. Н воды, почвы, что вызывает гибель лесов, • • • рыбы в водоемах, снижается урожайность сельскохозяйственных культур. Вред здоровью людей – вдыхание диоксида серы в малых концентрациях вызывает неприятный вкус во рту, раздражает слизистые оболочки, приводит к потере аппетита, воспалению дыхательных путей, росту заболевания бронхитом. Наносится ущерб коммунальному хозяйству и памятникам архитектуры (мрамор превращается в гипс) SO 2 + H 2 O → H 2 SO 3, H 2 SO 3 + 0, 5 O 2 → H 2 SO 4, H 2 SO 4 + Ca. CO 3 → Ca SO 4 + CO 2 +H 2 O Ca SO 4 + 2 H 2 O → Ca SO 4 * 2 H 2 O
Скачать презентацию ЭКОЛОГИЯ – МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ ОБЛАСТЬ ЗНАНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ И
Лекция 1. Глобальные проблемы экологии.ppt