Основи екології

Дуже рідко вивчають тільки динаміку однієї популяції. Існує цілий ряд добре вивчених типів відносин між популяціями різних видів (міжвидові взаємовідносини). Ю. Одум, аналізуючи взаємодії двох популяцій, наводить такі типи зв'язків між ними:

· нейтралізм - популяції не діють одна за одну,

· конкуренція взаємного подавлення - обидві популяції чинять тиск одна на одну,

· конкуренція за ресурси - популяція негативно впливають на одну, борючись за їжу,

· аменсалізм - одна популяція чинить тиск на іншу, при цьому сама не зазнає негативних змін,

· паразитизм, хижацтво - одна популяція негативно діє на іншу шляхом активного або пасивного нападу, при цьому залежить від стану другої,

· коменсалізм - одна популяція, об'єднуючись, бере з цього користь, іншій це все рівно,

· протокооперація - обидві популяції мають користь,

· мутуалізм, симбіоз - зв'язок двох популяцій, необхідний для існування.

Вивчення взаємовідносин груп організмів різних видів (популяцій, спільнот і екосистем) з середовищем їх існування здійснює синекологія.

Питання для самоконтролю:

1. Як впливають на популяції показники народжуваності і смертності?

2. Які компоненти структури популяції відображають процеси народжуваності, смертності і виживання?

3. Які види міграції ви знаєте, чим вони різняться та що є в них спільного?

4. Які фактори найчастіше обмежують збільшення чисельності популяції?

5. Що відбувається в популяції при надзвичайному збільшенні її чисельності?

6. Від яких факторів залежить динаміка чисельності популяції?

7. Що таке міграції, які види їх вам відомі, чим вони різняться?

8. Які ви знаєте найтиповіші види популяцій?

9. Від яких факторів залежить структура популяцій?

10. Як впливає людина на популяції?

11. Угруповання яких особин не можна назвати популяцією і чому саме?

Глобальна екологія ( вчення про біосферу)

Все живе в біосфері утворює живу речовину. Живі організми відіграють дуже важливу роль у геологічних процесах, які формують Землю. Хімічний склад сучасних атмосфери та гідросфери зумовлений життєдіяльністю організмів. Мінеральна інертна речовина переробляється живими організмами, перетворюється в нову. Отже, жива та нежива речовини на Землі становлять гармонійне ціле.

Після вивчення матеріалу теми Ви повинні знати:

Ш походження й еволюцію біосфери;

Ш визначення понять біосфера, ноосфера;

Ш структурні частини біосфери;

Ш властивості живої речовини;

Ш біогеохімічні цикли важливих хімічних елементів у біосфері.

1. Поняття про біосферу

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд. років і відбувалася під впливом зовнішніх сил, таких, як геологічні і кліматичні зміни й внутрішніх процесів, зумовлених активністю живих компонентів екосистеми.

Перші екосистеми, які існували на початкових етапах розвитку біосфери, були населені надзвичайно дрібними анаеробними гетеротрофами, які живилися органічною речовиною, синтезованою в ході абіотичних процесів. Потім відбувався “популяційний вибух” автотрофних водоростей, який перетворив атмосферу із відновлюваної в кисневу.

Вперше термін “біосфера” - “сфера життя” - був використаний австрійським вченим-геологом Едуардом Зюссом ще в 1875 році.

Біосфера - це цілісний комплекс усіх екосистем планети, відкрита термодинамічна система, яка ззовні отримує енергію і речовини для синтезу органічних сполук і виділяє в природне середовище відходи, що забезпечує її стійкість. Об'єм біосфери становить близько 0,4% об'єму планети.

2. Структура біосфери. Жива речовина. Розподіл життя у біосфері

В.І.Вернадський вирізняв шість типів речовин біосфери:

- жива речовина - сукупність усіх існуючих на Землі рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів; вона трансформує сонячну енергію і залучає неорганічну матерію у безперервний коло обіг (продуценти - консументи - редуценти);

- біогенна речовина - продукт життєдіяльності організмів (торф, крейда, горючі сланці апатит);

- нежива речовина - в утворенні якої організми не брали участі (гірські породи абіогенного походження);

- біокосна речовина - продукт взаємодії живої речовини і неживої матерії ( грунт);

- радіоактивна речовина - радіонукліди, які зумовлюють існування радіогенної теплоти, та продукти їх розпаду;

- космічна речовина - космічний пил та метеорити.

Життя на Землі реалізується у формі живої речовини, яку часто називають також біотою.

Жива речовина протидіє хаосові та ентропії. Використовуючи прямо й непрямо сонячну енергію, жива речовина створює з простих, бідних на енергію молекул, передусім води й вуглекислого газу, складніші й енергетично впорядковані сполуки - вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти та інші - або переробляє їх. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окислює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки.

Функції живої речовини: 1 - окислення; 2 - концентрація; 3- перерозподіл хімічних елементів.

Основні властивості живої речовини:

Ш високоорганізована внутрішня структура;

Ш здатність уловлювати із зовнішнього середовища й трансформувати речовини й енергію, забезпечуючи ними процеси своєї життєдіяльності;

Ш здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середовища, незважаючи на коливання умов середовища зовнішнього, якщо ці коливання сумісні з життям;

Ш здатність само відтворення шляхом розмноження.

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць - організмів (індивідів), які , своєю чергою, групуються в більш або менш дискретні одиниці існування матерії - води.

До складу біосфери входять частини геосфер, в яких умови придатні для існування живих організмів: нижня частина атмосфери, вся гідросфера та верхня частина літосфери, де вода перебуває у рідкому стані. За Вернадським “межі біосфери обумовлені, передусім, полем існування життя”. За участю живої речовини породжено склад атмосфери, гідросфери, ґрунтів і у значній мірі осадових порід нашої планети. Біосфера за своїм складом дуже різноманітна - від найпростіших бактерій, які не можна побачити простим оком, до людини.

Характерною особливістю існування біосфери є мозаїчність її будови. Життя організоване в планетарному масштабі функціонує в межах окремих частин біосфери. Біологічні системи - це біотичні компоненти різних рівнів організації (від генів до спільнот), які впорядковано взаємодіють з оточуючим фізичним середовищем, тобто абіотичними компонентами (енергією, речовиною), складаючи з нею єдине ціле. Основною функціональною одиницею біосфери є екологічна система. У збалансованій екосистемі не повинні накопичуватись продукти розпаду - вони мають перероблятися. Тобто, має підтримуватись екологічна рівновага - баланс природних компонентів, що утворюють середовище, та природних процесів, який забезпечує підтримку екосистеми в якісно визначеному стані, характерному для даної географічної місцевості та геологічного періоду. Основний принцип функціонування екосистеми: отримання ресурсів і збування усіх елементів екосистеми. У живій природі процеси утилізації відходів існують і вони чітко збалансовані. Існують, так звані, “ланцюги живлення”, які забезпечують перехід від складних біологічних форм до простих елементів, які знову вступають у процес утворення біомаси (виражена в одиницях маси чи енергії кількість живої речовини тих чи інших організмів, яка припадає на одиницю площі чи об'єму.

3. Енергетичний баланс біосфери

Енергія - це загальна кількісна міра руху та взаємодії усіх видів матерії. Відповідно до закону збереження енергії вона не зникає та не виникає з нічого, а переходить з однієї форми до іншої.

Потік енергії на Земній кулі має три джерела:

· кінетична енергія оберту Землі та її супутника Місяця як космічних тіл. Вона проявляється в морських припливах, енергія яких недоступна живим організмам, але може використовуватись людиною;

· енергія земних надр, яка підтримується ядерним розпадом урану та торію. Ця енергія виділяється у формі геотермічного тепла. У вулканічних районах вона використовується для опалення оранжерей та басейнів;

· сонячна енергія, на базі якої здійснюється життєдіяльність в автотрофних організмів.

Всю біосферу можна розцінювати як єдине природне утворення, що поглинає енергію з космічного простору та направляє її на внутрішню роботу. У біосфері енергія тільки переходить з однієї форми до іншої та розсіюється у вигляді тепла. Основними перетворювачами енергії у біосфері є живі організми. Вони перетворюють вільну променисту енергію в хімічно зв'язану, котра потім переходить від одних біосферних структур до інших. При кожному переході частина енергії перетворюється в тепло та втрачається в навколишньому просторі. Ефективність перенесення енергії в живій речовині досить низька: при її перенесенні від продуцентів до консументів першого порядку вона складає всього 10%, а при перенесенні від консументів першого порядку до консументів другого порядку - 20%.

Отже, видно, що травоїдні тварини менш ефективно використовують їжу, ніж м'ясоїдні. Це в багатьох випадках пов'язано з хімічним складом їжі. У рослинах переважає лігін і целюлоза та є захисні речовини від фітофагів. Завершується потік енергії на редуцентах, де енергія або ж остаточно розсіюється у вигляді тепла, або акумулюється в мертвій органічній речовині (детрит). Однією з форм тривалого збереження акумульованої енергії є нафта, вугілля та торф.

Потік сонячної енергії, який надходить до біосфери, приводить в дію біохімічний кругообіг. Як зазначено, на відміну від кругообігів води та інших речовин потік енергії має радіальний (вертикальний) напрямок, то подальший його шлях має здебільшого горизонтальний (латеральний) характер.

Враховуючи, що енергія - спільний знаменник і вихідна рушійна сила всіх екосистем як сконструйованих людиною, так і природних, Ю.Одум (1986) пропонує прийняти енергію за основу для первинної класифікації екосистем.

Отже, за рівнем надходження енергії в екосистеми їх поділяють на чотири групи:

· природні, якими рухає Сонце;

· природні, якими рухає Сонце та інші природні джерела;

· урухомлені Сонцем і субсидовані людиною;

· індустріально-міські, які утримуються паливом (добутим із корисних копалин, іншими органічними або ядерними).

Наведені Ю.Одумом приклади.

Пояснюють особливості функціонування цих систем, які можна було б віднести за ієрархічним рангом до біоценотичних комплексів і навіть біомів. У параметри біологічної системи не вкладається індустріально-міська екосистема, яка є однією із різновидів соціально-економічних систем. При сучасному веденні міського господарства сонячна енергія у самому місті не лише не використовується, а стає надто коштовною перешкодою, оскільки вона нагріває бетон і сприяє утворенню смогу. Їжу, продукт систем, які рухає Сонце, можна вважати зовнішньою їдальнею міста, оскільки переважну частину продуктів ввозять ззовні. Міста в міру зростання цін на паливо, напевно, стануть більше цікавитися використанням сонячної енергії. Можливо, виникне новий тип екосистеми міста, якою буде рухати Сонце із допоміжною енергією палива.

Центральне місце в біосфері посідають біохімічні цикли: вуглецю, води, азоту та фосфору. Ці цикли в найбільшій мірі зазнали трансформації при формуванні техносфери та агро сфери і вивчення їх стало важливою задачею екології. Особливістю природних екосистем є повторне використання біогенних речовин. Хоча в біохімічних циклах деякі х таких елементів і губляться, надходячи в депо, і робляться недоступними для рослин, у природних екосистемах масштаб цих процесів незначний.

Біосфера володіє потужною буферною дією щодо багатьох зовнішніх впливів. Це забезпечує загальну стійкість та створює сприятливі стабільні умови існування організмів. У межах біосфери пом'якшується дія вітру, посушливість повітря та ґрунту, підтримується певне співвідношення між концентрацією кисню та вуглекислого газу в атмосфері, звужується амплітуда коливань температури. Але всі ці якості біосфери не можуть протистояти нерозумним діям людини і різко падають при антропогенних впливах. Так, посухи порівняно безпечні для природних екосистем, але вони наносять відчутні збитки агро системам.

Зберегти грунтово-кліматичні умови великих регіонів планети та забезпечити їх стійкість можна тільки при наявності в цих регіонах досить великих за площами природних біомів.

4. Стабільність біосфери. Ноосфера, управління біосферою

Слід мати на увазі, що екологічні системи, так само як і окремі види організмів, були об'єктом тривалого еволюційного процесу, у ході якого менш стійкі екосистеми зникали і зберігалися тільки ті екологічні системи, стійкість яких стосовно коливань зовнішніх чинників була досить високою.

Загалом стійкість біосистем можна охарактеризувати як внутрішньо притаманну біосистемі здатність підтримувати на визначеному рівні протягом тривалого часу свої основні параметри та відновлювати їх після порушень. Кількісно оцінити стійкість досить складно, але вченими були відзначені деякі закономірності в здатності екосистем підтримувати свій рівноважний стан:

· стійкість угрупувань тим вища, чим більший час воно може існувати не зазнаючи значних змін;

· більш стійкі угрупування повинні мати більшу різноманітність життєвих форм і екологічних ніш.

У результаті впливу екологічних чинників успіх живих організмів у боротьбі за існування визначається значною мірою їхнім пристосуванням до умов, які сприяють підтриманню стійкості екологічних систем. У зв'язку з цим природний добір має тенденцію до збереження організмів, еволюція яких підвищує стійкість екологічних систем. Думка про роль людства, яке перетворює біосферу на базі наукових знань на благо кожної людини, не залишала В.І.Вернадського весь останній період його життя. Він писав:

” Ноосфера є нове геологічне явище на нашій планеті, у ній уперше людина стає найбільшою геологічною силою. Вона може й повинна перебудувати своєю працею і думкою царину свого життя”.

Ноосфера - це сфера взаємодії суспільства й природи, у межах якої розумна діяльність є головним визначальним чинником розвитку.

У понятті ноосфери підкреслюється необхідність доцільної взаємодії людства та природи. Поняття “ноосфера” вперше вжив у 20-ті роки ХХ ст.. французький палеонтолог і філософ Тейяр де Шарден. У його розумінні ноосфера - ідеальна, духовна (“мисляча”) оболонка Землі, що виникла з появою і розвитком людської свідомості. В.І.Вернадський вважав, що головна сила перетворення біосфери в ноосферу в інтересах людства - це поєднання розуму з ідеалами демократії.

Сьогодні можна констатувати, що біосфера справді різко змінюється під впливом технологічної діяльності людини, дедалі більше замінюється техносферою, в якій дехто з учених ще недавно схильний був убачати початок формування ноосфери, передбачуваної В.І.Вернадським. Проте сьогодні стало ясно, що наступ техносфери супроводжується такими змінами природного середовища, які вже почали загрожувати самому існуванню людини на Землі. Відбувається прискорене руйнування основних, життєво важливих комірок біосфери, яке прогресує й здатне призвести до її повної деградації й загибелі, що автоматично означає загибель людства, оскільки люди не можуть існувати в іншому середовищі, ніж те, в якому вони з'явилися та існували. Отже, дедалі активніше рухаючи вперед “технічний прогрес”, людство лише погіршує загальну ситуацію в біосфері й своє власне становище в ній.

Вихід з екологічної кризи може бути тільки у використанні розуму людства (у вигляді суми знань і технологічних розробок) не лише для експлуатації природних ресурсів, а й для їхнього збереження і примноження.

Тільки на базі пізнання фундаментальних екологічних закономірностей, з використанням сучасних наукових і технічних досягнень вдасться сконструювати систему гармонійної взаємодії людства і живої природи.

В.І. Вернадський, як вчений-матеріаліст, визначив місце людини у біосфері трьома положеннями:

1. Людина, як вона спостерігається в природі, як і всі живі організми, як і вся жива речовина, є певна функція біосфери, в певному її просторі - часі.

2. Людина у всіх її проявах становить певну закономірну частину будови біосфери.

3. “Вибух” наукової думки в ХХ ст.. підготовлений усім минулим біосфери і має глибинні корені. Цивілізація “культурного людства”, - оскільки воно є формою організації нової геологічної сили, створеної у біосфері, - не може перериватися і знищитися, оскільки це велике природне явище, яке відповідає історично, точніше, геологічно, встановленій організованості біосфери.

Ці ідеї покладені в основу закону ноосфери В.І. Вернадського:

Біосфера неминуче перетвориться у ноосферу, тобто, сферу, де людський розум буде відігравати домінуючу роль в розвитку системи “людина-природа”.

Діалектична взаємодія суспільства і біосфери в ході історичного прогресу людства поступово перетворюється на управління спочатку окремими елементами біосфери, потім її частинами і, нарешті, всією біосферою у планетарному масштабі. До практичного розв'язання останнього завдання людству ще далеко, але в теоретичному плані воно актуальне вже тепер.

Без знання функціонування і розвитку екосистеми неможливий перехід від стихійного впливу людини на біосферу до свідомого управління нею.

Теоретична думка, як бачимо, націлена не на руйнування, а на збереження середовища життя людини, яка, як розумна істота, навряд чи погодиться піти на самознищення. Тому наш час планетарних потрясінь є й часом становлення екологічної самосвідомості людини. М.К.Еріх (1874-1947), який вмів відчувати природу планети всім своїм єством, писав, що, на жаль, міркування ощадливого ставлення до природи не можна ні нав'язати, ні прищепити силою; лише само по собі воно може увійти в ужиток кожного і стати непомітним, але надмірним стимулом творчості. В цих словах закладена величезна сила творення розумної біосфери - ноосфери. І про це мають дбати як послідовники матеріаліста В.І.Вернадського, так і послідовники ідеаліста П.Тейяра де Шардена.

Питання для повторення:

1. Що таке жива речовина?

2. Які сутнісні характеристики визначають феномен біосфери Землі?

3. У чому полягає роль біохімічних функцій живого в організованості біосфери?

4. Чим принципово відрізняється тлумачення біосфери та ноосфери в працях В.І.Вернадського?

5. Коли виникла біосфера Землі?

6. Чому є необхідним комплексний підхід у пізнанні біосфери?

7. Що таке ноосфера?

8. Наведіть докази цілісності біосфери.

9. Як відбувається кругообіг речовини та енергії у біосфері?

Проблеми атмосфери і наслідки її забруднення

Вивчивши цей матеріал, Ви зрозумієте:

· чому існуючий хімічний склад атмосфери є найліпшим для існування біосфери;

· яку роль атмосфера відіграє в функціонуванні біосфери;

· основні принципи класифікації забруднень атмосфери і їх практичне значення;

· хімічну та фізико-хімічну поведінку забруднень в атмосфері;

· хімічну та фізико-хімічну сутність «парникового ефекту», кислотних опадів, «озонової дірки».

1. Атмосфера- повітряна оболонка Землі, її загальна характеристика

Атмосфера - це газова оболонка, що оточує Землю. Наявність атмосфери - одна з найголовніших умов життя на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води - тиждень, а без повітря не проживе й кількох хвилин.

Атмосфера, як елемент глобальної екосистеми виконує кілька основних функцій:

· захищає живі організми від згубної дії космічного випромінювання та ударів метеоритів;

· регулює сезонні і добові коливання температури (якби не було на Землі атмосфери, то добові коливання температури досягали б 200 С);

· є носієм тепла і вологи;

· є депо газів, які беріть участь у фотосинтезі й забезпечують дихання;

· зумовлює низку скалдних екзогенних процесів (вивітрювіання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо);

· є середовищем помешкання живих істот;

· є природним ресурсом.

Основні компоненти атмосфери: азот (78,084%), кисень (20,946%), аргон (0,934%), крім того, неон, ксенон, криптон, вуглекислий газ, водень, метан і водяна пара.

Маса атмосфери становить приблизно одну мільонну маси Землі - 5,15 .10 т. Та атмосферне повітря лише умовно можна вважати невичерпним природним ресурсом. Річ у тім, що людині необхідне повітря певної якості, а під впливом її ж діяльності хімічний склад і фізичні властивості повітря дедалі погіршуються. На Землі вже практично не залишилось місць, де повітря зберегло совї первозданні чистоту та якість, а деяких промислових центрах стан атмосфери вже просто загрозливий для людського здоров`я.

Атмосфера складається з таких шарів: тропосфера (до висоти 18 км), стратосфера (до 50), мезосфера (до 80), термосфера (1000), екзосфера (1900), геокорона (умовно до 20 тис.км); далі атмосфера поступово переходить у міжпланетний космічний вакуум. Основна маса повітря (90%) зосереджено в нижньому шарі - тропосфері. Тут же відбуваються найінтенсивніші теплові процеси, причоуц атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океану і суходолу. Надзвичайно важливе екологічне значення для біосфери має озоновий шар у стратосфері, повітря якого збагачене триатомним киснем. Він розташований на висотц 20-50 км і захищає все живе на Землі від згубної дії «жорсткого» ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Крім газів, у повітрі атмосфери містяться ще й домішки так званих аерозолів, тобто дуже дрібних крапель рідин і твердих частинок як приодного, так і штучного походження, сірчистих, мінеральних, вуглеводневих, морських та ін.

2. Джерела забрудення атмосфери і наслідки її забруднення (парниковий ефект, озонова дірка, ядерна зима, смоги, кислотні опади)

Забруднення атмосфери відбувається внаслідок привнесення у повітря чи утворення у ньому фізичних агентів, хімічних речовин або організмів, які несприятливо впливають на середовище життя чи завдають збитків матеріальним цінностім. Серед антропогенних джерел забрудення найбільшого тиску на атмосферу завдають паливно-енергетичний комплекс, металургія, хімічна промисловість і автомобільний транспорт. В багатьох промислових містах України забрудення досягло небезпечного для життя людини рівня.

Наслідки забруднення атмосфери такі: парниковий ефект, кислотні дощі, руйнування озонового екрану, смоги.

Парниковий ефект. Клімат Землі, що залежить в основному від стану її атмосфери, протягом геологічної історії періодично змінювався: чергувалися епохи істотного похолодання і епохи поетпління. Та в останній час всені-метеорологи б`ють на сполох: сьогодні атмосфера Землі розігрівається набагато швидше, ніж будь-коли в минулому. Це зумовлено діяльністю людини: по-перше, людина підігріває атмосферу, спалюючи велику кількість традиційного палива і вводячи в дію атомні електростанції; по-друге, в результаті спалювання органічного палива, а також унаслідок знищення лісів у атмосфері нагромаджується вуглекислий газ, вмість якого за останні 100 років в повітрі збільшився на 17%. У земній атмофері вуглекислий газ діє як скло в теплиці чи парнику: він вільно пропускає сонячні промені до поверхні Землі, але втримує її тепло. Це спричиняє розігрівання атмосфери, відоме як парниковий ефект. У чому ж полягає його небезпека? Розрахунки і моделювання на ЕОМ свідчать: підвищення середньорічної температури спричинить зміни таких найважливіших кліматичних параметрів, як кількість опадів, хмарнив покрив, океанічні течії, розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні райони континентів стануть сухішими, а узбережжя - вологішими, зима буде коротшою і теплішою, а літо - тривалішим і спекотнішим. Основні кліматичні зони в північній півкулі змістяться на північ приблизно на 400 км. Це зумовить потепління в зоні тундри, танення шару вічної мерзлоти й полярних крижаних шапок. У середніх широтах, тобто в головних «хлібних» районах клімат стане напівпусельним, і врожаї зерна різко скоротяться. Глобальне потепління призведе до танення льодовиків Гренландії, Антарктиди й гір, рівень Світового океану підвищиться на 6-10 метрів, при цьому буде затоплено близько 20% суходолу, де мешкають сотні мільонів людей.

Останнім часом тривога вчених із приводу парникового ефекту ще посилилася. Виявилося, що крім вуглекислого газу, парниковий ефект спричиняють також дефкі інші гази: метан, оксиди азоту, фреони - вмст яких через антропогенний вплив стімко зростає.

Руйнування озонового шару атмосфери. Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Надходить ця енергія на Землю у вигляді світла видимого випромінювання, а також інфрачервоного, або теплового й ультрафіолетового випромінювань. Ультрафіолетове несе найбільшу енергію і є фізіологічно активним, тобто інтенсивно діє на живу речовину. Одним із складників УФ є, так званий, «жорсткий ультрафіолет», надзвичайно шкцдливий для всього живого: вони призводять до порушення структури білків та нуклеїнових кислот і врешті-решт до загибелі клітин. Від цього випромінювання все живе на Землі захищає озоновий щит Землі. Останнім часом учені надзвичайно занепокоєні зниженням умісту озону в озоновому шарі атмосфери. Цей небажаний і небезпечний процес відбувається пфід дією деяких хімічних речовин - хлор- і бром похідних вуглецю (фреонів), які широко застосовуються у техніці і побуті як холодоагенти, розпорошувачі в аерозольних упаковках тощо. Світове виробництво фреонів на початку 90-х років ХХ століття перевищило 1,4 млн т за рік. Під дією УФ випромінювання фреони розкладаються з виділенням атомарного хлору, який є ефективним каталізатором розщеплення озону на молекулярний і атомарний кисень. Так, один атом хлору прихводить до розкладання 100 тис. Атомів озону. Руйнування озонового шару спричинюють також ракетна і космічна техніка та сучасні надзвукові літаки. Викиди продуктів спалювання палива з їхніх двигунів також розкладають озон.

За оцінками НАСА (США), з 1978 по 1990 рік кількість озону в озоновому шарі зменшилася на 45 %. Цей процес зменшення концентрації озону невпинно триває і швидкість цього процесу складає 0,224% на рік. Як показали супутникові спостереження, за останні 15 років УФ випромінювання на поверхні Землі зросло більш ніж на 10%, а в районах Антарктиди - більш ніж на 40%. Йце призводить до зниження імунітету та збільшення частоти інфекційних захворювань людей і тварин. Як стверджує «Грінпис»,, зменшення товщини озонового шару на 10% призводить до збільшення захворювань на рак шкіри 300 тис. населення.

З метою запобігання подальшому руйнуванню озонового шару атмосфери уряди багатьох країн підписали в 1985 р. у Відні (Австрія) Конвенцію про охорону атмосферного озону і скорочення виробництва феронів та інших речовин, що руйнують озон.

Ядерна зима. Надзвичайно небезпечними є забруднення атмосфери радіонуклідами, яке трапляється під час аварійна атомних електростанціях та інших ядерних об'єктах і випробувань ядерної зброї. Особливо небезпечною, навіть катастрофічною, була б ядерна війна, чяка призвела б до загибелі не тільки людства, але і всього живого на Землі. Розрахунки, виконані на ЕОМ вченими, свідчать, що в разі ядерного конфлікту з використанням ядерних зарядів потужністю 1000 Мт тротилу, незалежно від місяця вибуху, виникнуть величезні пожежі, які спричинять потепління на 1 С. Це супроводжуватиметься буревіями і призведе до значних руйнувань будівель та рослинного покриву. Радіонукліди течіями повітря швидко поширяться по всій земній кулі. Внаслідок пожеж і руйнування нафтових і газових свердловин в атмосферу виділиться багато «парникових газів», значна кількість пилу і сажі. Це примведе до підвищення температури ще на 4-5 С, танення льодовиків та підвищення рівня поди в Світовому океані, в результаті чого будуть затоплені величезні території суходолу. Надходження в стратосферу значної кількості оксидів нітрогену спричинить істотнє руйнування озонового шару, що значно збільшить УФ опромінення Землі. У повітря здійметься понад 5 млрд т дрібнодисперсних часточок пилу і попелу, які чорною хмарою затягнуть усе небо над землею, прозорість атмосфери зменшиться у 200 разів. Настане ядерна ніч, що призведе до повної загибелі рослинного покриву біосфери.

При цьому відбуватиметься нагрівання тропосфери й охолодження приземного шару повітря на 15-30 С упродовж першого місяця конфлікту. Локальні зниження температури сягатимуть -40... -50 С. Настане ядерна зима, що триватиме кілька місяців. Після осідання пилу і сажі атмосфера прогріється на 20-30 С вище норми, що спричинить повені на великих площах і селі в гірських рафонах, які супроводжуватимуться буревіями та снігопадами, масовою загибеллю рослин, тварин і людей. Поширяться епідемії хвороб. Таким чином, локальний ядерний конфлікт може спричинити загибель людства, а, можливо, і взагалі життя на Землі.

Смоги (фотохімічні тумани). Атмосферне повітря завдяки нерівномірному нагруванню сонячним промінням у різних широтах, особливо між полярними й екваторіальними зонами, інтенсивно циркулює. Циркуляція повітря усереднює склад компонентів у ньому та сприяє переміщенню водяної пари з океанів у континентальні райони і забруднень на великі відстані. Крім переміщення забруднень відбуваються їх різноманітні хімічні перетворення. В атмосфері під дією йонізуючих випромінювань відбуваються фотохімічні процеси з утворенням оксидів нітрогену, сірки, молекул озону та ін.. озон утворюється у повітрі під впливом УФ-випромінювання з довжиною хвилі 253 нм, а оксид нітрогену - до 100 нм. Під час взаємодії вуглеводнів з озоном або атомарним оксисеном утворюються вільні пероксидні високоактивні речовини, здатні вступати в реакцію з оксидами нітрогену та інші сполуки з окислювальними валстивостіми - оксид анти. Наявність вільних радикалів в атмосферному повітрі призводить до утворення смогу. Основними продуктами фотохімічних реакцій є альдегіди, кетони, оксиди карбону, органічні нітрати та оксид анти. У забрудненій атмосфері за одночасною наявністю SO3, NO, NO2 та вуглеводнів, під час опромінення олефінів і ароматичних сполук утворюються значні кількості аерозолів. Кількість аерозолів зменшується з підвищенням відносної вологості повітря.

Атмосферні забруднення спричинюють гострі та хронічні отруєння, чинять метатоксичну й промоторну дію. Широко відомі випадки масових отруєнь людей унаслідок короткочасного підвищення рівня забруднення атмосферного повітря. Так, у 1930 році в Бельгії в долині річки Маас унаслідок виникнення токсичного туману захворілди тисячі людей, померло 60 осіб. У 1948 році в США в м. Донора захворіло 50% населення, 20 осіб померли. У 1952 році внаслідок утворення токсичного туману в Лондоні померло 4 тис. чоловік.

У разі утворення смогу різко збільшується забруднення повітря сажею й сірчистими сполуками, вуглеводнями, озоном та оксидами нітрогену. Утворенню смогу сприяє температурна інверсія, що настає в ясні сонячні дні при охолодженні землі за рахунок випромінення. При цьому в безвітряну погоду всі забруднення поширюються в поверхневому шарц. Під час смогу особливо потерпають і частіше гинуть люди з хронічними респіраторними та серцево-судинними захворюваннями.

Кислотні опади. Оксиди сульфуру і нітрогену, що потрапили в атмосферу, окислюються і, сполучаючись із водою, утворюють туманоподібні краплі сульфатної та нітратної кислот. Переносячись вітрами на значні відстані, вони згодом випадають разом з дощем, який має кислу реакцію. Кислотними називають взагалі будь-які опади (дощ, сніг, туман), якщо значення їх рН становить менш ніж 7,0.

Під впливом кислотних опадів відбувається затиснення водойм і грунтів, вимивання з грунту калію, магнію, кальцію та зменшення врожайності сільськогосподарських культур на 3-8%, деградація флори і фауни. У закиснених водоймах гине риба і численні види комах. Внаслідок випадання кислотних дощів гинуть ліси, особливо букові, тисові та кедрові. Загибель лісів зумовлює гірські зсуви та селі. Кислотні опади прискорюють руйнування житлових будинків і архітектурних памяток, оздоблених мармуром і вапняком. Кислотний сніг завдає ще більшої шкоди, ніж дощ, оскільки він може накопичуватись упродовж тривалого часу, що призводить до значного затиснення грунту під час танення снігу навесні. Кислотність талої води в десятки разів вища від кислотності дощової. У багатьох країнах кислотні дощі завдають значних збитків.так, в Україні за останні 35 років площа кислих грунтів зросла на 33%. Ці грунти потребюу.ть вапнування, що підвищує собівартість сільськогосподарської продукції.

3. Моніторинг атмосферного повітря

З метою визначення токсичних речовин, що містяться в атмосферному повітрі у вигляді газів, пари, аерозолів і пилу, провдять дослідження атмосферних забруднень. Взагалі забруднення токсичними речовинами, які можуть міститися в складному поєднанні, нелегко дослідити і проаналізувати. Дослідження атмосферного повітря пов'язані з визначенням мікрограмових кількостей речовин, тому для його аналізу слід застосовувати високочутливі методи. Проте для оцінки забруднення атмосферного повітря самих визначень концентрації забрудників недостатньо. Потрібно ще визначення ГДК, щоб мати можливість порівняти, наскільки визначена кількість домішок перевищує допустиму межу. Це дасть змогу сформулювати вимоги до очисних споруд та визначити ссанітарно-захисну зону. Тому ГДК можна розглядати як один із шляхів запобігання надмірним забрудненням атмосфери. Однак ГДК санкціонують на законних засадах забруднення атмосферного повітря до певної межі. Слід пам'ятати, що ГДК встановлені лише для однієї речовини, а на практиці в повітря викидається кілька одночасно. Їх спільну дію не вивчено. Крім того, визначення ГДК проводили на тваринах, і ці дані переносили на людей. А тому це слід вразувати в практичних умовах, зокрема визначити сумарний ефект комплексу забруднювальних речовин.

З метою стабілізації стану повітряного середовища та поліпшення якості повітря в країні передбачається розробити стандарти якості повітря, пов'язавши їх з міжнародною системою стандартів. Передбачається також створити нову систему екологічного нормування. Будуть уведені технологічні стандарти і нормативи для забруднювальних речовин викидних газів з урахуванням можливостей новітніх технологій.

Під час проектування нових підприємств слід дотримуватись певних норм викидів шкідливих речовин, для чого віизначають максимальне значення приземної концентрації забруднювальної речовини.

З метою зменшення забруднення атмосферного повітря пилом та іншими шкідливими домішками потрібно на всіх промислових підприємствах організувати ефективне очищення відхідних газових викидів. Усі методи очищення можна розподілити на три групи: механічні, фізико-хімічні й хімічні. Вибір методу залежить від кількості відхідних газів та їх складу.

4. Тютюновий дим, його вплив на стан атмосфери

Хворобливу пристрасть до паління тютюну спричинює алкалоїд нікотин, вмість якого в листі тютюну становить 1-5% у перерахунку на суху масу. Цей алкалоїд збудливо діє на нервову ситему. Відчувається «приплив сил», зменшується відчуття втоми, деякою мірою піднімається настрій, тобто створюється відчуття комфорту. Проте такий стан триває недовго і для його підтримання доводиться палити все більше і більше. Так поступово схильність до паління тютюну переростає в звичку, а згодом і в пристрасть, яка з роками стає все сильнішою - виникає гостра потреба в палінні вдома, на роботі та будь-де і за будь-яких обставин: у стані стомлення, збудження, за відємного емоційного стресу, під час виснажливої роботи тощо.

За даними ВООЗ, в усьому світі палять приблизно 60% чоловіків та 20% жінок, у США - відповідно 60 і 30%, а в країнах СНД - 57 і 49%. Виробництво тютюну в світі впродовж останнього десятиріччя щороку збільшується у середньому на 1,5%, а його споживання на 3-4%. Щороку людство витрачає на купівлю тютюнових виробів від 85 до 100 млрд доларів. У результаті захворювань, поваязпаних з палінням, щороку вмирає 1,5 млн людей. Прогнозувалося, що в країнах СНД з тих самих причин на початок ХХ1 століття передчасно помре 1 млн людей.

Паління не є фізіологічною потребою організму. Легені, які споживають атмосферний кисень, за своєю природою призначені виділяти вуглекислий газ. Однак під час паління вони змушені поглинати його разом з оксидом карбону (П) - чадним газом та багатьма іншими шкідливими речовинами, які утворюються в процесі спалювання тютюну.

Встановлено, що в тютюновому димі міститься понад 200 шкідливих речовин, таких як нікотин, альдегіди й феноли, акролеїн, ацетатна, мурашина та ціанідна кислоти, радіоактивні ізотопи та ін.. багато з цих речовин є надзвичайно токсичними і мають канцерогенні властивості. У результаті спалювання 1 кг тютюну утворюється в середньому 50 г тютюнового дьогтю, в якому містяться всі перелічені речовини. Легені курця тільки впродовж одного року фільтрують близько 250 г тютюнового дьогтю.

Враховуючи величезну кількість курців на Землі та високий вміст токсичних речовин у тютюновому димі, паління істотно забруднює атмосферне повітря та завдає відчутної шкоди здоровю населення. Людина, яка палить цигарки, вдихає повітря, в якому вміст забруднень забруднень у 384 тис. разів перевищує ГДК. Тютюновий дим завдає шкоди здоровю не тільки тим, хто палить, а й тим (і ще більшою мірою), хто знаходиться поруч. Адже вони також вдихають тютюновий дим і їх організм не адаптувався до цих отруйних речовин.

Нікотин - одна з найнебезпечніших рослинних отрут. Його кількість, що вилучається при випалюванні 5 цигарок, вбиває кроля, а 100 цигарок - коня. Від тютюнового диму гинуть птахи, що живуть у кімнаті разом з курцем. Від тютюнового диму гинуть риби в акваріумі. Для людини смертельна доза нікотину становить 80-120 мг. В одній пачці цигарок міститься 100 мг нікотину, 1,8 мг ціанідної кислоти,0,4 мг оксиду карбону (П), 32 г аміаку та багато інших сполук.

Отрути, проникаючи в кров, розносяться по всьому організму, зумовлюючи небажані негативні зміни в нервовій і серцево-судинній системах, легенях, печінці, органах травлення, ендокринних залозах тощо. Особливо шкідливо діють нікотин та оксид карбону (П) на серцево-судинну систему. У результаті паління судини вражаються атеросклерозом, розвивається ішемічна хвороба серця з нападами стенокардії та інфаркт міокарда. Курці, які випалюють упродовж дня 20 і більше цигарок, хворіють на інфаркт міокарда в 12 разів частіше, ніж ті, хто не палить.

Оксид карбону (П) сполучається з гемоглобіном крові і утворює карб оксигемоглобін, що призводить до кисневого голодування організму. В результаті зявляються задишка, набряки та інші симптоми серцево-судинної недостатності. Внаслідок цього серце курця передчасно старіє. Дія нікотину спричинює звуження кровоносних судин, у результаті чого підвищується артеріальний тиск. У курців гіпертонія спостерігається у 5 разів частіше порівняно з тими, хто не палить. Підвищений артеріальний тиск разом зі склерозом судин можуть у будь-який момент спричинити інсульт.

Паління є однією з причин облітеруючого ендартеріїту - тяжкого захворювання ніг внаслідок зарощення їх судин. У тяжких випадках може наростати змертвіння ніг (гангрена). Тютюновий дим вражає слизову оболонку ротової порожнини, внаслідок чого розвивається стоматит або гінгівіт і створюються умови для розвитку карієсу. Під впливом тютюнового диму ушкоджуються голосові зв'язки. Тому голос курців стає хрипким і грубим. При цьому також подразнюється слизова оболонка носоглотки, гортані, трахеї, бронхів і бронхіол. У них розвиваються запалювальні процеси, що супроводжуються кашлем. Зміни, які відбуваються в легенях курців з великим стажем паління, призводять до розвитку туберкульозу легенів. Паління часто спричинює розвиток виразкової хвороби шлунку. Паління буває причиною безпліддя у чоловіків, воно також негативно впливає на слух та нервову систему.

Усі ці хвороби та багато інших, що спричинюються палінням, призводять до передчасного старіння і смерті. За даними ВООЗ, передчасна смертність серед курців на 30-80% більша, ніж серед тих, хто не палить. Вища смертність спостерігається серед курців віком 45-54 років. Причиною близько 80% смертних випадків є рак легенів, ішемічна хвороба серця, бронхіт, емфізема легенів та інші хвороби. В індустріально розвинених країнах з числа всіх небіжчиків кожний п'ятий помер від хвороб, спричинених палінням. Смертність серед тих, хто випалює 25 цигарок щодня, в 6 разів вища, порівняно з тими, хто не палить. За даними Європейського Економічного співтовариста, у країнах «Спільного ринку» від паління гине людей у 4 рази більше, ніж унаслідок автомобільних катастроф. У США з цієї причини щороку помирає 325 тис. людей. тому недарма паління називають самогубством сповільненої дії.

З метою зменшення поширення паління серед населення Землі ВООЗ 1988 р. оголосила 7 квітня Днем боротьби з палінням. Для зменшення шкідливої дії тютюнового диму в багатьох країнах заборонене паління у громадських місцях. Отже, якщо не хочете мати клопотів з власним здоровям та здоровям ваших дітей, а також завдавати шкоди здоровю ближніх, не паліть.

Питання для повторення:

1. Назвіть види забруднень атмосфери і дайте їх коротку характеристику.

2. Які шкідливі викиди в атмосферу і в якій кількості зроблять 200 тис.легкових автомобілів за добу та за рік?

3. Назвіть ознаки, за якими класифікують джерела забрудення атмосферного повітря, наведіть приклади.

4. Як впливає забруднення атмосфери на здоровя людей та на стан довкілля?

5. Як можна зменшити забруднення атмосфери?

6. Як «поводяться» хлор фторорганічні сполуки в атмосфері?

7. Схарактеризуйте сутність «парникового ефекту» та його можливі наслідки.

8. Що таке «озонова дірка» і що спричинює її утворення?

9. Як запобігти утворенню кислотних опадів? Як зменшити руйнування озонового шару?

10. Як запобігти катастрофічним змінам клімату внаслідок антропогенної діяльності?

11. Які можливі наслідки термоядерної війни?

12. Як впливає тютюновий дим на здоровя людини?

13. Які органи курців страждають у першу чергу? Чому?

14. Як ви розумієте вислів «здоровий спосіб життя»?

Проблеми гідросфери

Доля людства нерозривно пов'язана із Світовим океаном, бо вода - джерело життя на Землі. Великі об'єми води на нашій планеті створюють враження про її невичерпність. Однак потрібно знати, що гідросфера - найтонша оболонкаоболона Землі. Кількість води у всіх станах і всіх сферах становить менш як 0,024% маси планети, і тільки незначна її частина може бути придатною для практичного використання. З розширенням господарської діяльності перед людством постали нові проблеми, насамперед проблема забруднення гідросфери.

З цієї теми Ви дізнаєтесь, що тепер на планеті через антропогенний вплив вже майже немає великих річкових систем з непорушеним водним режимом, чому серед нагальних екологічних проблем України особливе занепокоєння викликає стан водних ресурсів.

Вивчивши цей матеріал, Ви зрозумієте:

· чому запаси води на Землі не є безмежними;

· чому в багатьох регіонах світу не вистачає прісної води;

· які існують джерела забруднення гідросфери та сучасні масштаби цього процесу.

1. Гідросфера - водна оболонка Землі. Споживання води

екологія природнича наука

Гідросфера це сукупність усіх водних джерел земної кулі: океанів, морів, річок, озер, водоймищ, боліт, підземних вод, льодовиків, снігового покриву, водяної пари атмосфери та ін. Запаси води на Землі величезні, але це переважно гірко-солона морська вода, непридатна для пиття й технологічного використання. Прісна вода становить усього 2% від загальної її кількості на планеті, причому 85% її зосереджено в льодовиках і айсбергах. І лише 1% прісної води містять річки, озера й підземні води; саме ці джерела й використовує людство для своїх потреб.

Вода, як елемент глобальної екосистеми виконує дуже важливі функції:

· вода - це основна складова частина всіх живих організмів ( тіло людини, наприклад, на 70% складається з води, а деякі організми, такі як медуза або огірок, на 98-99%);

· з участю води здійснюються численні процеси в екосистемах (наприклад, обмін речовин, тепла);

· води Світового океану - основний кліматоутворюючий фактор, головний акумулятор сонячної енергії й „кухня” погоди для всієї планети;

· вода - один з найважливіших видів мінеральної сировини, основний природний ресурс, що споживається людством.

Величезну роль відіграє гідросфера у формуванні поверхні Землі, її ландшафтів, у розвитку екзогенних процесів, в перенесенні хімічних речовин, у тому числі, забруднювачів довкілля.

Для багатьох організмів вода - це середовище їхнього існування. Хімічний склад морської води дуже схожий на склад плазми крові людини: містить ті самі хімічні елементи й приблизно в тих же пропорціях.

Солоність океанічних вод становить 35%. Найсолоніша вода в Червоному морі. Підземні води за своїм хімічним складом дуже різноманітні: від прісних, що використовуються для пиття і водопостачання, до мінералізованих і навіть до ропи, деякі підземні води мають лікувальні властивості.

Основне джерело водопостачання для людини - річковий стік. Перше місце за цим показником посідає Бразилія з її гігантською повноводною річкою Амазонкою.

Значну проблему для людства становить нерівномірний розподіл річкового стоку до поверхні Землі.

Річковий стік України розподіляється по території нашої держави нерівномірно. Головне джерело води для України - Дніпро. Крім того, потреби у воді забезпечуються річками Дунай, Дністер, Південний Буг, Тиса, Прут та ін. Стан води цих рік та їх повноводність залежать в основному від стану їхніх приток - малих річок, яких в Україні налічується близько 63 тис. Їхня роль величезна: досить згадати, що 90% населених пунктів нашої країни розташовані саме в долинах малих річок і користуються їхньою водою. Однак стан малих річок на сьогоднішній день викликає велику тривогу. Протягом другої половини ХХ ст.. в Україні зникло біля 5 тис. малих водостоків. Це незворотньо веде до деградації великих річок, тому проблема їх збереження та оздоровлення - одна з найгостріших для нашої держави.

Спроби припинити гідротехнічними засобами процес зменшення стоку малих річок не дали очікуваних результатів. Через активне зарегулювання русел річок унаслідок створення водойм, гідротехнічне будівництво та меліоративні заходи на водозборі, спрямлення русел, сільськогосподарське використання та урбанізацію заплав, заміну болотних екосистем штучними сільськогосподарськими моно ценозами, постійне необоротне використання вод більшість річкових ландшафтів України опинилися в стані екологічної кризи.

В умовах не порушення ландшафтів поверхневий стік практично не несе в річки забруднень. Саме природні ландшафти, завдяки фільтраційним здатностям природних біоценозів, раніше були ідеальним фільтром. Нині в Україні природні ландшафти або знищені, або перебувають на різних стадіях деградації. А водоохоронні заходи зведено до вузьких берегових лісопосадок, які не виконують належним чином функції фільтра торів стоків.

Підземні води, які залягають на глибині 150-200 м, України мають не менше значення для забезпечення водою населення: близько 70% жителів сіл і селищ міського типу задовольняють свої потреби в питній воді за рахунок ґрунтових вод (колодязі) чи глибших водоносних горизонтів (свердловин). Загальний об'єм їх приблизно в 100 разів більший за об'єм поверхневих прісних вод річок, озер і боліт.

Стан підземних вод України в цілому кращий, ніж поверхневого стоку, Але в деяких промислових районах розробка шахт і кар'єрів негативно впливає на якість і запаси підземних вод. У результаті багаторічного відкачування води з цих об'єктів її рівень дуже понизився, а з деяких водоносних горизонтів вода зникла зовсім.

Споживання прісної води. Всі галузі господарства стосовно водних ресурсів поділяються на споживачів і користувачів. Споживачі забирають воду з джерела водопостачання, використовують її як середовище (водний транспорт, рибальство, спорт) або як джерело енергії (ГЕС). Проте й вони можуть змінювати якість води .

Промисловість використовує близько 20% води, споживаної людством. Кількість води, що споживається підприємством, залежить від того, яку продукцію воно випускає, від системи водопостачання (прямоточна чи оборотна) та від інших причин.

За прямоточної системи вода з джерела надходить на промисловий об'єкт, використовується в процесі виготовлення продукції, потім піддається очищенню й після цього скидається у водостік чи водойму. За оборотної системи відпрацьована вода після очищення не повертається у водойму, а знову використовується в процесі виробництва. Витрата води за такої системи набагато нижча.

Кількість води (метри куб.), необхідної для виробництва 1 т продукції, називають водоємкістю виробництва. За цим показником різні виробництва дуже відмінні.

Основний споживач води - сільське господарство (70% її загального використання). Це зумовлено передусім збільшенням площ зрошуваного землеробства. Зрошувані землі набагато продуктивніші від незрошуваних. Питоме водоспоживання залежить також і від виду вирощуваних культур, клімату, технічного стану зрошувальних систем і способів поливу. Більша частина води, що використовується для зрошення (20-60%), безповоротно втрачається (випаровується), певна її кількість повертається назад у водойми у вигляді так званих поворотних вод, сильно забруднених солями.

Водопостачання населення (близько 10% усієї споживаної людством води) задовольняє потреби в питній воді й комунально-побутові (робота підприємств побутового обслуговування, поливання вулиць і зелених насаджень, протипожежні заходи тощо). Є поняття питоме водоспоживання, тобто добовий об'єм води (л), необхідний для задоволення потреб одного жителя міста або села.