Теоретические основы экологии и история ее предмета

      Сегодня  различают десять групп экологических  факторов (общее количество — около шестидесяти), объединенных в специальную классификацию: за временем — факторы времени (эволюционные, исторические, действующие), периодичности (периодический и непериодический), первичные и вторичные, за происхождением (космические, абиотические, биотические, природно-антропогенные, техногенные, антропогенные), за средой возникновения (атмосферные, водные, геоморфологические, физиологические (генетические, екосистемные)), за характером (информационные, физические,       химические, энергетические, биогенные, комплексные, климатические), за        объектом влияния (индивидуальные, групповые, видовые, социальные), за       степенью влияния (летальные, экстремальные, ограничивающие, возмущающие, мутагенные, тератогенные), по условиям действия (зависимые или независимые от плотности), за спектром влияния (выборочного или общего действия).

      Одни  и те же экологические факторы  неодинаково влияют на организмы  разных видов, которые живут  вместе. Для одних они могут  быть благоприятными, для других  — нет. Важным элементом есть реакция организмов на силу влияния экологического фактора, отрицательное действие которого может возникать в случае излишка или недостатка дозы. Поэтому есть понятие благоприятная  доза или зона оптимума фактора, и зона пессимума (доза фактора, за которой организмы чувствуют себя угнетенно).

     Биоценоз — совокупность совместно обитающих популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных. Термин «биоценоз» впервые применил Мебиус (1877), изучая группу организмов устричной банки, т. е. с самого начала это сообщество организмов было ограничено неким «географическим» пространством, в данном случае границами отмели. В дальнейшем это пространство было названо биотопом, под которым понимаются условия окружающей среды на определенной территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их горные породы. Именно в этой окружающей среде существуют растительность, животный мир и микроорганизмы, составляющие биоценоз.

Понятно, что компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая определенную биологическую систему, которую академик В. Н. Сукачев назвал биогеоценозом. В этой системе совокупность абиотических и биотических компонентов имеет «... свою, особую специфику взаимодействий» и «определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющее собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии» (Сукачев, 1971).

Термин «биогеоценоз»  был предложен В. Н. Сукачевым в конце тридцатых годов. Представления Сукачева в дальнейшем легли в основу биогеоценологии — целого научного направления в биологии, занимающегося проблемами взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей их абиотической средой.

 

 

 

ТЕМА 2: ОСНОВЫ ГЕОЭКОЛОГИИ. ОХРАНА АТМОСФЕРЫ.

 

1. Атмосфера и её значение.

 

Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего  мира. И это не случайно, так как  крупнейшие глобальные экологические  проблемы современности - «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.

Охрана атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Атмосферный воздух занимает особое положение среди других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды — пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

 

Основные функции  атмосферы:

 

• защитная экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного Космоса, потока солнечных излучений, задерживается масса метеоритов (толщина атмосферы около 480 км, служит щитом),
• атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода,
• регулирует сезонные и суточные колебания температуры (если бы на Земле не было атмосферы, то суточное колебание температуры достигало бы +/- 200С⁰),
• источник газов, которые принимают участие фотосинтезе, и обеспечивает дыхание).

Основные компоненты атмосферы

 

Атмосфера состоит из 10 различных газов, преимущественно  это азот (около 78%) и кислород (21%). Оставшийся 1% приходится на аргон, углекислый газ, гелий, неон, озон, метан, водяной пар и др. плюс газообразные загрязнения, частицы дыма, соль, пыль и вулканический пепел.

Такой химический состав атмосфера земли имела не всегда. Первичная атмосфера Земли была похожа на атмосферу других планет солнечной системы, например: Венеры. Сегодняшняя атмосфера кислородно-азотная – результат жизнедеятельности живых организмов.

Масса атмосферы составляет приблизительно одну миллионную массу  Земли 5,15х10¹⁵ т. Атмосферный воздух только условно можно считать неисчерпаемым природным ресурсом.

Атмосфера складывается из таких шаров: (снизу в вверх)

Межпланетный космический  вакуум

 

геокорона

 

экзосфера – самый верхний слой термосферы, здесь молекулы находятся далеко друг от друга, и в конечном итоге атмосфера исчезает и сливается с космическим пространством.

 

термосфера (последний основной слой атмосферы), находиться на высоте около 100 км от земной поверхности, состоит из ионосферы и магнитосферы.

Ионосфера – здесь солнечная радиация вызывает «ионизацию». Здесь частицы получают электрический заряд, когда они проходят через атмосферу, можно наблюдать северное сияние. Выше ионосферы расположена магнитосфера, которая представляет наружный край магнитного поля Земли, являясь гигантским магнитом нашей Земли. Термосфера имеет наименьшую плотность среди всех слоев атмосферы.

 

мезосфера – находиться на высоте 50 – 70 км над Землей. Температура здесь – 225 С здесь та холодно, что в этом слое есть такие области, состоящие из облаков изо льда, их называют «мезопаузами». Метеориты, летящие по направлению к Земле, обычно сгорают, проходя через мезосферу.

 

стратосфера – простирается до высоты около 50 км над поверхностью Земли. В верхней части стратосферы находиться жизненно важный «озоновый экран» (находиться на высоте 20-25 км с максимальной концентрацией озона).

 

тропосфера - самый тонкий слой, высотой около 12 км над Землей. Здесь сосредоточена основная масса воздуха 90% и здесь летают самолеты (9-11 км). Самый теплый слой, солнечные лучи отражаются от земной поверхности и прогревают его. По мере удаления от Земли температура падает и в верхней части достигает – 55 С.

 

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т. д. Однако в современных условиях возможности природных систем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под массированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические последствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующее экологические функции.

 

 

2.  Загрязнение  атмосферного воздуха

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы  может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).

Естественное  загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др. Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов  распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональное и глобальное.

Местное загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона и др.). При региональном загрязнении в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные пространства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию выбросы  вредных веществ в атмосферу  классифицируются на:

1. газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.),
2. жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.),

3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в  процессе производственной и иной деятельности человека - диоксид серы, оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых - формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно концентрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наиболее часто превышают допустимые уровни во многих городах Украины.

Кроме указанных главных  загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опасных токсичных веществ: свинец, ртуть, кадмий и другие тяжелые металлы (источники выброса: автомобили, плавильные заводы и др.), углеводороды, среди них наиболее опасен бенз(а)пирен обладающий канцерогенным действием (выхлопные газы, топка котлов и др.), альдегиды и в первую очередь формальдегид, сероводород, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.

Наиболее опасное загрязнение  атмосферы - радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами - продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей. Подземный слой атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и другие источники.

Особое место занимают выбросы радиоактивных веществ из четвертого блока Чернобыльской АЭС в апреле - мае 1986 г. Если при взрыве атомной бомбы над Хиросимой (Япония) в атмосферу было выброшено 740 г радионуклидов, то в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. суммарный выброс радиоактивных веществ в атмосферу составил 77 кг.

Еще одной формой загрязнения  атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком теплового (термического) загрязнения атмосферы служат, так называемые, термические юны, например, «остров тепла» в городах, потепление водоемов и т.п.

В целом, если судить по официальным  данным на 1997 - 1999 гг., уровень загрязнения  атмосферного воздуха в нашей  стране, остается высоким, несмотря на значительный спад производства, что связывают прежде всего с увеличением количества автомобилей, в том числе - неисправных.

 

 

3. Основные  источники загрязнения атмосферы

В настоящее время основной вклад  в загрязнение атмосферного воздуха на территории Украины вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов.

Роль  различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании, Германии приходится на автотранспорт (50-60%), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше, всего 16-20%.

Тепловые и  атомные электростанции, котельные  установки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. Объем энергетических выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680т СО2 и СО3, 120 - 140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота. Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично - газовое топливо, которое в три раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь.

Источники загрязнения воздуха  токсичными веществами на атомных электростанциях (АЭС) - радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли. Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы - отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.