Основы экологии

В ходе сукцессии общая биомасса сообщества сначала возрастает, но затем темпы этого прироста снижаются, и на стадии климакса биомасса системы стабилизируется.

Пока нарушения не превышают восстановительной способности экосистемы (соблюдается принцип Ле Шателье), она может вернуться к исходному состоянию. Этим пользуются, например, при рациональном планировании рубок леса. Но если интенсивность воздействия выходит за рамки этих возможностей, то первоначально устойчивое, богатое видами сообщество постепенно деградирует, сменяясь другим.

Вырубка леса на локальных участках с оставлением части территории под коренными типами лесной растительности вызывает ускоренные сукцессии, исходные фитоценозы восстанавливаются за относительно короткий срок -- несколько десятилетий.

Таким образом, сообщество не может одновременно сочетать два противоположных свойства: быть высокостабильным и давать большой выход чистой продукции, которую можно было бы изымать без вреда для самого сообщества.

Если развитие сообществ идет на вновь образовавшихся, ранее не заселенных местообитаниях (субстратах), где растительность отсутствовала -- на песчаных дюнах, застывших потоках лавы, породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов, то такая сукцессия называется первичной.

В качестве примера первичной сукцессии можно привести процесс заселения вновь образованных песчаных дюн, где растительность прежде отсутствовала. Здесь вначале поселяются многолетние растения, способные переносить засушливые условия, например пырей ползучий. Он укореняется и размножается на зыбучем песке, укрепляет поверхность дюны и обогащает песок органическими веществами. Физические условия среды, находящейся в непосредственной близости от многолетних трав, изменяются. Вслед за многолетниками появляются однолетники. Их рост и развитие часто способствуют обогащению субстрата органическим материалом, так что постепенно создаются условия, подходящие для произрастания таких растений, как ива, толокнянка, чабрец. Эти растения предшествуют появлению проростков сосны, которые закрепляются здесь и, подрастая, через много поколений образуют сосновые леса на песчаных дюнах.

Если на определенной местности ранее существовала растительность, но по каким-либо причинам она была уничтожена, то ее естественное восстановление называется вторичной сукцессией. К таким сукцессиям может привести, например, частичное уничтожение леса болезнями, ураганом, извержением вулкана, землетрясением либо пожаром. Восстановление лесного биоценоза после таких катастрофических воздействий происходит в течение длительного времени.

Примером вторичной сукцессии является образование торфяного болота при зарастании озера. Изменение растительности на болоте начинается с того, что края водоема зарастают водными растениями. Влаголюбивые вилы растений (камыш, тростник, осока) начинают разрастаться вблизи берегов сплошным ковром. Постепенно на поверхности воды создается более или менее плотный слой растительности. Отмершие остатки растений накапливаются на дне водоема. Из-за малого количества кислорода в застойных водах растения медленно разлагаются и постепенно превращаются в торф. Начинается формирование болотного биоценоза. Появляются сфагновые мхи, на сплошном ковре которых произрастают клюква, багульник, голубика. Здесь же могут поселяться сосенки, образуя редкую поросль. С течением времени формируется экосистема верхового болота.

Большинство сукцессий, наблюдаемых в настоящее время, антропогенные, т.е. они происходят в результате воздействия человека на природные экосистемы. Это выпас скота, рубка лесов, возникновение очагов возгорания, распашка земель, затопление почв, опустынивание и т.п.

12. Экологические факторы

Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на живой организм. Организм реагирует на действие экологических факторов приспособительными реакциями. Экологические факторы определяют условия существования организмов.

1. Абиотические факторы - это совокупность факторов неживой природы, влияющих на жизнь и распространение живых организмов. Среди них различают:

1.1. Физические факторы - такие факторы, источником которых служит физическое состояние или явление (например, температура, давление, влажность, движение воздуха и др.).

1.2. Химические факторы - такие факторы, которые обусловлены химическим составом среды (соленость воды, содержание кислорода в воздухе и др.).

1.3. Эдафические факторы (почвенные) - совокупность химических, физических, механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений (влажность, структура почвы, содержание биогенных элементов и др.).

2. Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую компоненту среды обитания.

2.1. Внутривидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между организмами на популяционном уровне. В основе их лежит внутривидовая конкуренция.

2.2. Межвидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между различными видами, которые могут быть благоприятными, неблагоприятными и нейтральными. Соответственно, обозначим характер воздействия +, - или 0. Тогда возможны следующие типы комбинаций межвидовых взаимоотношений:

00 нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; в природе встречается редко (белка и лось, бабочка и комар);

+0 комменсализм - один вид извлекает пользу, а другой не имеет никакой выгоды, вреда тоже; (крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян растений (репейник), не получая ни вреда, ни пользы);

-0 аменсализм - один вид испытывает от другого угнетение роста и размножения; (светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от затенения, а самому дереву это безразлично);

++ симбиоз - взаимовыгодные отношения:

мутуализм - виды не могут существовать друг без друга; инжир и опыляющие его пчелы; лишайник;

протокооперация - совместное существование выгодно обоим видам, но не является обязательным условием выживания; опыление пчелами разных луговых растений;

- - конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие; (растения конкурируют между собой за свет и влагу, т.е. когда используют одни и те же ресурсы, тем более, если они недостаточны);

+ - хищничество - хищный вид питается своей жертвой;

+ - паразитизм - паразит тормозит рост и развитие своего хозяина и может вызвать его гибель.

2.3. Воздействие на неживую природу (микроклимат). Например, в лесу под влиянием растительного покрова создаётся особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создаётся свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом - прохладнее и влажнее. Особая микросреда создаётся также в кроне деревьев, в норах, в пещерах и т. п.

3. Антропогенные факторы - факторы, порожденные деятельностью человека и воздействующие на окружающую природную среду: непосредственное воздействие человека на организмы или воздействие на организмы через изменение человеком их среды обитания (загрязнение окружающей среды, эрозия почв, уничтожение лесов, опустынивание, сокращение биологического разнообразия, изменение климата и др.). Выделяют следующие группы антропогенных факторов:

1. изменение структуры земной поверхности;

2. изменение состава биосферы, круговорота и баланса входящего в нее вещества;

3. изменение энергетического и теплового баланса отдельных участков и регионов;

4. изменения, вносимые в биоту.

Существует и другая классификация экологических факторов. Большинство факторов качественно и количественно изменяется во времени. Например, климатические факторы (температура, освещённость и др.) меняются в течение суток, сезона, по годам. Факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими.

Влияние экологических факторов на живые организмы характеризуется некоторыми количественными и качественными закономерностями.

Немецкий агрохимик Ю. Либих, наблюдая за влиянием на растения химических удобрений, обнаружил, что ограничение дозы любого из них ведет к замедлению роста. Эти наблюдения позволили ученому сформулировать правило, которое носит название закона минимума (1840 г.).

Закон минимума: жизненные возможности организма (урожай, продукция) зависят от фактора, количество и качество которого близко к необходимому организму или экосистеме минимуму (несмотря на то, что другие факторы могут присутствовать в избытке и не использоваться в полной мере).

Те же самые вещества, находясь в избытке, также снижают урожай. Продолжая исследования, в 1913 г. американский биолог В. Шелфорд сформулировал закон толерантности.

Закон толерантности: жизненные возможности организма определяются экологическими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме, то есть определять жизнеспособность организма может как недостаток, так и избыток экологического фактора. Например, недостаток воды затрудняет ассимиляцию минеральных веществ растением, а избыток вызывает гниение, закисание почвы.

Факторы, сдерживающие развитие организма из-за их недостатка или избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием), называются лимитирующими.

В характере воздействия экологических факторов на организм и в ответных реакциях можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма.

На рисунке по оси абсцисс отложена интенсивность фактора (например, температура, освещенность и т.д.), а по оси ординат - реакция организма на воздействие экологического фактора (например, скорость роста, продуктивность и т.д.).

Диапазон действия экологического фактора ограничен пороговыми значениями (точки А и Г), при которых еще возможно существование организма. Это нижняя (А) и верхняя (Г) границы жизнедеятельности. Точки Б и В соответствуют границам нормальной жизнедеятельности.

Действие экологического фактора характеризуется наличием трех зон, образованных характерными пороговыми точками:

1 - зона оптимума - зона нормальной жизнедеятельности,

2 - зоны стресса (зона минимума и зона максимума) - зоны нарушения жизнедеятельности вследствие недостатка или избытка фактора,

3 - зона гибели.

Схема действия экологического фактора на живые организмы:

1 - оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, 2 - зона пониженной жизнедеятельности (угнетение), 3 - зона гибели

При минимуме и максимуме фактора организм может жить, но не достигает расцвета (стрессовые зоны). Диапазон между минимумом и максимумом фактора определяет величину толерантности (устойчивости) к данному фактору (толерантность - способность организма выносить отклонения значений экологических факторов от оптимальных для него).

13. Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся разнообразные воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы на биологические системы.

Выделяют следующие основные абиотические факторы:

- световой режим (освещенность);

- температурный режим (температура);

- водный режим (влажность),

- кислородный режим (содержание кислорода);

- физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление);

- химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных химических веществ).

Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ).

Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов.

По отношению к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов.

Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» - растение), -филы (от «филео» - люблю), -трофы (от «трофе» - пища), -фаги (от «фагос» - пожиратель). Корень -фиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), корень -филы - по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), корень -трофы - по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, корень -фаги - по отношению к животным, а также некоторым вирусам.

Световой режим оказывает прямое влияние, в первую очередь, на растения. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические группы растений:

1. гелиофиты - светолюбивые растения (растения открытых пространств, постоянно хорошо освещаемых местообитаний).

2. сциофиты - тенелюбивые растения, которые плохо переносят интенсивное освещение (растения нижних ярусов тенистых лесов).

3. факультативные гелиофиты - теневыносливые растения (предпочитают высокую интенсивность света, но способны развиваться и при пониженной освещенности). Эти растения обладают частично признаками гелиофитов, частично - признаками сциофитов.

Температурный режим. Повышение устойчивости растений к пониженным температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением поверхности (например, за счет листопада, преобразованием типичных листьев в хвою). Повышение устойчивости растений к высоким температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением нагреваемой площади, образованием толстой корки (существуют растения-пирофиты, которые способны переносить пожары).

Животные осуществляют регуляцию температуры тела различными способами:

- биохимическая регуляция - изменение интенсивности обмена веществ и уровня теплопродукции;

- физическая терморегуляция - изменение уровня теплоотдачи;

В зависимости от климатических условий у близких видов животных наблюдается изменчивость размеров и пропорций тела, которые описываются эмпирическими правилами, установленными в XIX веке. Правило Бергмана - если два близких вида животных отличаются размерами, то более крупный вид обитает в более холодных условиях, а мелкий - в теплом климате. Правило Аллена - если два близких вида животных обитают в разных климатических условиях, то отношение поверхности тела к объему тела уменьшается с продвижением в высокие широты.

Водный режим. Растения по способности поддерживать водный баланс делятся на пойкилогидрические и гомейогидрические. Пойкилогидрические растения легко поглощают и легко теряют воду, переносят длительное обезвоживание. Как правило, это растения со слабо развитыми тканями (мохообразные, некоторые папоротники и цветковые), а также водоросли, грибы и лишайники. Гомейогидрические растения способны поддерживать постоянное содержание воды в тканях. Среди них выделяют следующие экологические группы:

1. гидатофиты - растения, погруженные в воду; без воды они быстро погибают;

2. гидрофиты - растения крайне переувлажненных местообитаний (берега водоемов, болота); характеризуются высоким уровнем транспирации; способны произрастать лишь при постоянном интенсивном поглощении воды;

3. гигрофиты - требуют влажных почв и высокой влажности воздуха; как и растения предыдущих групп не переносят высыхания;

4. мезофиты - требуют умеренного увлажнения, способны переносить кратковременную засуху; это большая и неоднородная группа растений;

5. ксерофиты - растения, способные добывать влагу при ее недостатке, ограничивать испарение воды или запасать воду;

6. суккуленты - растения с развитой водозапасающей паренхимой в разных органах; сосущая сила корней невелика (до 8 атм.), фиксация углекислого газа происходит ночью (кислый метаболизм толстянковых);

В ряде случаев вода имеется в большом количестве, но малодоступна для растений (низкая температура, высокая соленость или высокая кислотность). В этом случае растения приобретают ксероморфные признаки, например, растения болот, засоленных почв (галофиты).

Животные по отношению к воде делятся на следующие экологические группы: гигрофилы, мезофилы и ксерофилы.

Сокращение потерь воды достигается различными способами. В первую очередь, развиваются водонепроницаемые покровы тела (членистоногие, рептилии, птицы). Совершенствуются выделительные органы: мальпигиевы сосуды у паукообразных и трахейно-дышащих, тазовые почки у амниот. Повышается концентрация продуктов азотного обмена: мочевины, мочевой кислоты и других. Испарение воды зависит от температуры, поэтому важную роль в сохранении воды играют поведенческие реакции избегания перегрева. Особое значение имеет сохранение воды при эмбриональном развитии вне материнского организма, что приводит к появлению зародышевых оболочек; у насекомых формируются серозная и амниотическая оболочки, у яйцекладущих амниот - сероза, амнион и аллантоис.

Химические свойства среды.

Кислородный режим. По отношению к содержанию кислорода все организмы делятся на аэробных (нуждающихся в повышенном содержании кислорода) и анаэробных (не нуждающихся в кислороде). Анаэробы делятся на факультативных (способных существовать и при наличии, и при отсутствии кислорода) и облигатных (не способных существовать в кислородной среде).

Содержание доступных элементов минерального питания наиболее важно для растений. По отношению к валовому содержанию элементов минерального питания выделяют следующие экологические группы растений:

1. олиготрофные - нетребовательны к содержанию элементов минерального питания в почве;

2. эутрофные, или мегатрофные - требовательны к плодородию почв; среди эутрофных растений выделяются нитрофилы, требующие высокого содержания в почве азота;

3. мезотрофные - занимают промежуточное положение между олиготрофными и мегатрофными растениями.

Среди организмов, всасывающих готовые органические вещества всей поверхностью тела (например, среди грибов), различают следующие экологические группы:

- Подстилочные сапротрофы - разлагают подстилку.

- Гумусовые сапротрофы - разлагают гумус.

- Ксилотрофы, или ксилофилы - развиваются на древесине (на мертвых или ослабленных частях растений).

- Копротрофы, или копрофилы - развиваются на остатках экскрементов.

Кислотность почвы (рН) также важна для растений. Различают ацидофильные растения, предпочитающие кислые почвы (сфагнумы, хвощи, пушица), кальциефильные, или базофильные, предпочитающие щелочные почвы (полынь, мать-и-мачеха, люцерна) и растения, нетребовательные к рН почвы (сосна, березы, тысячелистник, ландыш).

14. Биотические факторы

К биотическим факторам относятся разнообразные способы взаимодействия организмов между собой. Все взаимодействия организмов можно разделить на внутривидовые и межвидовые, прямые и косвенные.

Различают множество типов парных взаимодействий:

1. Трофические - связанные с питанием и потоками энергии:

- прямые: взаимодействия «хищник-жертва», «паразит-хозяин»;

- косвенные: конкуренция; трофический симбиоз.

2. Топические - связанные с изменением условий обитания:

- прямые топические: одни организмы изменяют среду обитания для других;

- форические: перенос организмов одного вида организмами другого вида;

- фабрические: организмы (или их части) одного вида используются организмами другого вида как строительный материал.

3. Информационно-сигнальные - связанные с передачей информации:

- реципрокный альтруизм (взаимопомощь);

- мимикрия (миметизм, или подражание).

Биотические связи для разных групп организмов могут быть благоприятными (+), неблагоприятными (-) и нейтральными (0). Выделяют следующие типы парных межвидовых биотических взаимодействий:

Конкуренция

Конкуренция возникает при взаимодействии популяций со сходным экологическим спектром, при наличии общих доступных ресурсов. Существует множество типов конкуренции. Прямая (интерференционная) конкуренция возникает при непосредственном контакте конкурирующих организмов. Косвенная (эксплуатационная) конкуренция возникает в результате уменьшении объема доступного ресурса. В сообществах конкурентные отношения существуют одновременно между несколькими видами. Тогда возникает диффузная конкуренция, то есть, конкуренция, обусловленная влиянием на популяцию всех видов, входящих в состав сообщества.

В лабораторных условиях (в смешанных популяциях разных видов инфузорий-туфелек) был доказан принцип конкурентного исключения (правило Гаузе, или закон Гаузе): два вида не могут занимать одну экологическую нишу - в результате конкуренции в данной нише сохраняется только один, наиболее конкурентоспособный вид. Популяции менее конкурентоспособных видов «уходят» от конкуренции, формируя новые системы связей с окружающей их средой, новые экологические ниши. Таким образом, конкуренция способствует формированию новых экологических связей, образованию новых экологических ниш и, в конечном итоге, повышает уровень биологического разнообразия в сообществах. Рост численности конкурирующих популяций описывается системой уравнений Лотки-Вольтерра. Решение этой системы уравнений позволяет найти численности обеих популяций, при которых они могут существовать длительное время.

Симбиотические взаимодействия

К симбиотическим межвидовым взаимодействиям в узком смысле слова относятся мутуализм (облигатные взаимодействия ++), протокооперация (факультативные взаимодействия ++) и комменсализм (взаимодействия +0). В широком смысле к симбиотическим связям могут относиться и более сложные взаимодействия, например, реципрокный (взаимный) паразитизм.

Мутуализм - это форма симбиоза, при которой два разных организма получают преимущество от совместного существования - такой тип взаимодействий называется реципрокным. Мутуализм относится к облигатным (обязательным) взаимодействиям, поскольку ни один из пары организмов не может существовать без партнера. Примерами трофического мутуализма служат взаимоотношения между термитами и обитающими в их кишечнике многожгутиковыми простейшими, между жвачными парнокопытными и обитающими в их желудке инфузориями.

Протокооперация относится к факультативным (необязательным) взаимодействиям, поскольку оба партнера могут существовать друг без друга. Примерами протокооперации служат: симбиоз актинии и рака-отшельника, симбиоз между человеком и обитающими в его кишечнике непатогенными бактериями, наличие сходной предостерегающей окраски у разных защищенных видов насекомых, например, черно-желто-полосатая окраска тела ос, пчел и шмелей (мюллеровская мимикрия).

Комменсализм - форма взаимодействий, при которой организм-комменсал использует организм хозяина как местообитание, но не вступает с ним в тесные метаболические взаимодействия. Как правило, комменсал получает выгоду от сотрудничества, а вид-хозяин при этом не страдает.

Примеры комменсализма:

- комменсал обитает в жилище хозяина (например, некоторые черви-нереиды поселяются в раковинах, занятых раками-отшельниками);

- комменсал находит у хозяина защиту от других организмов (например, мелкие рыбы находят защиту между щупальцами кишечнополостных);

- комменсал использует остатки пищи, которой питается хозяин, или пищу, которая сопутствует хозяину (например, многие птицы питаются насекомыми, которых вспугивают пасущиеся копытные).

К сложным симбиотическим взаимодействиям относятся: взаимодействие между грибом и водорослью в теле лишайника, взаимодействия между проростками орхидей и грибами, между заростками плаунов и грибами.

Симбиотические взаимодействия также описываются уравнениями Лотки-Вольтерра.

Отношения «хищник-жертва» («продуцент-консумент»)

Этот тип межвидовых взаимодействий отличается асимметрией. Популяция жертвы может существовать без популяции хищника, но популяция хищника не может существовать без популяции жертвы. Увеличение численности жертвы расширяет ресурсную базу хищника, а увеличение численности хищника является элиминирующим фактором для жертвы.

Поэтому взаимодействие «хищник-жертва» носит периодический характер и описывается системой уравнений Лотки-Вольтерра, в которые вводятся константы хищничества. Устойчивость системы «хищник-жертва» основана на системе обратных связей.

Положительные обратные связи означают, что при увеличении численности жертвы возрастает численность хищника, а при уменьшении численности жертвы численность хищника уменьшается.

Отрицательные обратные связи означают, что при увеличении численности хищника численность жертвы уменьшается, а при уменьшении численности хищника численность жертвы увеличивается.

При наличии специализированных хищников связь между популяцией жертвы и популяцией хищника оказывается более тесной. Если же хищник менее специализирован (полифаг), то взаимозависимость между популяциями выражена слабее.

Отношения «паразит-хозяин»

Паразитизм - это форма взаимоотношений, при которой организм-паразит использует хозяина и как местообитание, и как источник пищи. При истинном паразитизме метаболические системы паразита и хозяина неразрывно связаны.

Различают следующие виды паразитизма:

а) экзопаразитизм и эндопаразитизм - в первом случае паразит находится на поверхности тела хозяина, во втором случае - внутри тела хозяина;

б) облигатный и факультативный - в первом случае паразит не может существовать без хозяина, во втором случае - способен и к самостоятельному существованию (например, используя трупы хозяев или отходы их жизнедеятельности);

в) временный и стационарный - в первом случае паразит нападает на хозяина только для питания, во втором случае - проводит на хозяине большую часть жизни.

При паразитизме во многих случаях наблюдается смена хозяев. Разным стадиям жизненного цикла паразитов часто соответствуют разные (обычно строго определенные) хозяева.

Численность популяций при взаимодействиях «паразит-хозяин» также регулируется системой обратных связей. Но в отличие от хищников паразиты любого типа оказывают меньшее влияние на численность эксплуатируемой популяции, но зато сами паразиты вследствие специализации гораздо сильнее зависят от эксплуатируемой популяции, чем хищник от жертвы. Поэтому амплитуда колебаний численности паразита более тесно связана с амплитудой колебаний численности хозяина, но фазовый сдвиг значительно меньше, чем в системе «хищник-жертва».

15. Человек и природа

Еще сто лет тому назад Академик В.И. Вернадский развил теорию единства человека и биосферы, включающей в себя верхний слой земной коры с растительным и животным миром, а также гидросферу и атмосферу с их обитателями. Впоследствие Д. Лавлок пошел еще дальше и предложил считать планету Земля со всеми ее обитателями единым живым организмом. Для него Земля является саморегулируемой системой, обладающей многими обратными связями. Сегодня уже многие видные ученые - геофизики, климатологи, экологи, биологи и другие полностью разделяют взгляды Вернадского-Лавлока и рассматривают нашу планету как высокоорганизованный, энергонасыщенный и самонастраиваемый единый организм, в котором мы являемся высокоактивной частью. Однако, к сожалению, большая часть общества еще далека от таких взглядов. Человек оторвался от единства с природой, объявив себя хозяином планеты. Развил хищническое, ничем не обоснованное потребление земных ресурсов, приводящее к катастрофическим последствиям.

Примеров тому достаточно. Это и добыча нефти на морском шельфе, и выработка подземных ископаемых, приводящая к образованию коллоссальных пустот c последующими провалами в земле и даже с локальными землетрясениями. Совершенно непродуманное отношение к водным и лесным ресурсам планеты, ведущее к острому дефициту пресной воды. Резкое сокращение сельхозземель, вызывающее в итоге нехватку продовольствия. Уничтожение растительного покрова, дающего приток кислорода в атмосферу и т.д. Случившаяся авария в мексиканском заливе, по мнению ведущих ученых климатологов, способствовала, в конечном итоге, резкому изменению климата на всей планете. Негативные последствия этой аварии на экологию и экономику будут только нарастать. Данные примеры наглядно демонстрируют противоположность интересов индивидума и общества в планетарном масштабе. Нарушается существовавший сотни тысяч лет баланс взаимоотношений между человеком и природой, обеспечивающий комфортность существования его как вида.

Окружающая среда в жизнедеятельности человека является определяющим фактором, а человек со своей стороны выступает как активный элемент, видоизменяющий окружающую среду. Поддержание баланса всех систем жизнеобеспечения человека является первостепенной задачей его выживания. Однако в последние десятилетия нарушение баланса, необходимого для комфортного существования, принимает все более угрожающий характер. Так, например, модифицированные продукты питания, загрязненные питьевая вода и воздух в конечном итоге приводят к генетическим мутациям человеческого организма. К этому необходимо добавить исчезновение животных и растительных видов, являющихся на протяжении тысячелетий жизненно необходимым источником существования человека.

Все наши беды - продукт нашего эгоистического сознания, направленного лишь на удовлетворение своих гипертрофированных желаний. В результате человеческий фактор становится причиной катастрофического хода процесса перемен на планете. Если учесть, что психическая энергия весьма действенна, то не приходится удивляться, что наша частная реакция, а тем более массовая, непосредственно вызывает эффекты планетарного масштаба. Сегодня мир стоит на распутье: либо пойти путём осознания и исправления, либо подвергнуться тяжким страданиям.

16. Экологический кризис

В 60--70-е годы XX века сформировалось понятие глобального экологического кризиса.Под экологическим кризисом в настоящее время понимают критическое состояние окружающей среды, вызванное деятельностью человечества и характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных -- отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы.

Революционные изменения в биосферных процессах, которые начались в XX веке, привели к бурному развитию энергетики, машиностроения, химии, транспорта, к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. Последствия антропогенной деятельности проявляются в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

Использование термина «экологический кризис» для обозначения экологических проблем учитывает тот факт, что человек является частью экосистемы, которая видоизменяется в результате его деятельности (прежде всего производственной). Природные и общественные явления представляют собой единое целое, и их взаимодействие выражается в разрушении экосистемы.

Сейчас уже очевидно для всех, что экологический кризис -- понятие глобальное и общечеловеческое, касающееся каждого из живущих на Земле людей.

Далеко не полный список негативных явлений, свидетельствующих об общем неблагополучии:

1. глобальное потепление, парниковый эффект, сдвиг климатических зон;

2. озоновые дыры, разрушение озонового экрана;

3. сокращение биологического разнообразия на планете;

4. глобальное загрязнение окружающей среды;

5. неутилизируемые радиоактивные отходы;

6. водная и ветровая эрозия и сокращение площадей плодородных почв;

7. демографический взрыв, урбанизация;

8. истощение невозобновляемых минеральных ресурсов;

9. энергетический кризис;

10. резкий рост числа ранее неизвестных и зачастую неизлечимых болезней;

11. недостаток продуктов питания, перманентное состояние голода большей части населения планеты;

12. истощение и загрязнение ресурсов Мирового океана.

Общая экономическая нагрузка на экологические системы зависит от трех факторов: численности населения, среднего уровня потребления и широкого применения различных технологий. Снизить степень ущерба, наносимого окружающей среде обществом потребителей, можно, изменив сельскохозяйственные модели, транспортные системы, методы городского планирования, интенсивность потребления энергоресурсов, пересмотрев промышленные технологии и т.п. К тому же при изменении технологий может быть снижен уровень материальных запросов. И это постепенно происходит вследствие удорожания жизни, что напрямую связано с экологическими проблемами.

Суть экологической угрозы заключается в том, что всевозрастающее давление на биосферу антропогенных факторов может привести к полному разрыву естественных циклов воспроизводства биологических ресурсов, самоочищения почвы, вод, атмосферы. Это вызовет резкое и стремительное ухудшение экологической обстановки, что может повлечь за собой гибель населения планеты. Уже сейчас экологи предупреждают о нарастании парникового эффекта, расползании озоновых дыр, выпадении все большего количества кислотных осадков и т.д. Перечисленные отрицательные тенденции в развитии биосферы постепенно приобретают глобальный характер и представляют угрозу для будущего человечества.

17. Ресурсы (возобн., невозобн.)

Природные ресурсы -- естественные ресурсы: тела и силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества.

Природные ресурсы -- совокупность объектов и систем живой и неживой природы, компоненты природной среды, окружающие человека и которые используются в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человека и общества.

По происхождению:

Ресурсы природных компонентов (минеральные, климатические, водные, растительные, почвенные, животного мира)

Ресурсы природно-территориальных комплексов (горно-промышленные, водохозяйственные, селитебные, лесохозяйственные)

По видам хозяйственного использования:

Ресурсы промышленного производства

-) Энергетические ресурсы (Горючие полезные ископаемые, гидроэнергоресурсы, биотопливо, ядерное сырье)

-) Неэнергетические ресурсы (минеральные, водные, земельные, лесные, рыбные ресурсы)

Ресурсы сельскохозяйственного производства (агроклиматические, земельно-почвенные, растительные ресурсы -- кормовая база, воды орошения, водопоя и содержания)

По виду исчерпаемости:

Исчерпаемые

-) Невозобновляемые (минеральные, земельные ресурсы)

-) Возобновляемые (ресурсы растительного и животного мира)

-) Не полностью возобновляемые -- скорость восстановления ниже уровня хозяйственного потребления (пахотно пригодные почвы, спеловозрастные леса, региональные водные ресурсы)

Неисчерпаемые ресурсы (водные, климатические)

По степени заменимости:

Незаменимые

Заменимые

По критерию использования:

Производственные (промышленные, сельскохозяйственные)

Потенциально-перспективные

Рекреационные (природные комплексы и их компоненты, культурно-исторические достопримечательности, экономический потенциал территории)

К невозобновимым природным ресурсам относятся те из них, которые абсолютно не восстанавливаются или восстанавливаются в сотни тысяч и миллионы раз медленнее, чем идет их использование. К таким ресурсам принадлежит большинство полезных ископаемых - каменный уголь, нефть, торфяники, многие осадочные породы. Использование этих ресурсов неминуемо ведет к их истощению.

Охрана невозобновимых природных ресурсов сводится к рациональному, экономному использованию, борьбе с потерями при добывании, перевозке, обработке и применении, а также к поиску заменителей.

К возобновимым природным ресурсам принадлежат прежде всего биологические ресурсы - растительность, животный мир, а также почва, некоторые минеральные ресурсы, например, соли, осаждающиеся в озерах и морских лагунах.

Эти ресурсы по мере использования постоянно восстанавливаются. Однако для сохранения их способности к восстановлению нужны определенные естественные условия. Нарушение этих условий задерживает или вовсе прекращает процесс самовосстановления, что следует учитывать при использовании возобновимых природных ресурсов. Процессы восстановления протекают с определенной скоростью для разных ресурсов.

18. Лесные, водные, земельные ресурсы

Природные ресурсы -- основа первичного сектора экономики, ведущего сбор промышленного и сельскохозяйственного сырья и первичную его переработку для последующего потребления.

Природные ресурсы включают:

1. Минеральные

2. Земельные

3. Лесные

4. Водные запасы

5. Ресурсы Мирового океана

Ресурсообеспечение выражается соотношением между величиной природных ресурсов и размерами их использования.

Минеральные ресурсы -- это совокупность специфических форм минеральных веществ в земной коре, являющихся источником энергии, различных материалов, химических соединений и элементов.

Происходит переход мировой экономики с экстенсивного пути развития на интенсивный, сокращающий энерго- и материалоемкость мирового хозяйства. В то же время высокая обеспеченность минеральными ресурсами хозяйства той или иной страны или их дефицит в конечном счете не являются фактором, определяющим уровень социально-экономического развития. Во многих странах наблюдаются существенные разрывы между уровнем развития производительных сил и обеспеченностью материально-сырьевыми ресурсами (например, в Японии и России).

Земельные ресурсы

Земельные ресурсы, почвенный покров -- основа сельскохозяйственного производства. Вместе с тем лишь 1/3 земельного фонда планеты -- это сельскохозяйственые угодья (4783 млн.га), то есть земли, используемые для производства продуктов питания и сырья для промышленности.

Сельскохозяйственные угодья представляют собой пашни, многолетние насаждения (сады), естественные луга и пастбища. В настоящее время в мире на пашни приходится около 11% всей площади суши (1350 млн. га) и 24% суши (3335 млн. га) используются в животноводстве. Страны, обладающие наибольшими массивами пахотных земель (млн. га): США -- 186, Индия -- 166, Россия -- 130.

Если в развитых странах рост урожайности и продуктивности, сельскохозяйственного производства во многом обеспечивается за счет экстенсивного использования земель, то большая часть наиболее доступных и плодородных земель уже заняты под сельскохозяйственным производством, а те, что остались -- малоплодородны.

Лесные ресурсы

Лесами занято около 4 млрд. га земель (около 30% суши). Четко прослеживается два лесных пояса: северный с преобладанием хвойных пород деревьев и южный (главным образом тропические леса развивающихся стран).

В развитых странах в последние десятилетия в основном из-за кислотных дождей поражены леса на территории около 30 млн. га. Это снижает качество их лесных ресурсов. До 11-12 млн. га в год вырубаются под пашни и пастбища, к тому же наиболее ценные породы леса экспортируются в развитые страны. Древесина остается также основным энергоносителем этих стран -- 70% всего населения используют древесину как топливо при приготовлении пищи и обогреве жилищ.

Уничтожение лесов имеет катастрофические последствия: сокращается поступление кислорода в атмосферу, усиливается парниковый эффект, меняется климат.

России сосредоточено около 60% лесов умеренных широт, однако для промышленного использования пригодно 53% всех лесов станы.

Водные ресурсы

Рациональное использование водных ресурсов, в особенности пресноводных, -- одна из острых глобальных проблем мирового хозяйства.

Около 60% общей площади суши на Земле приходится на зоны, где нет достаточного количества пресной воды. Четвертая часть человечества ощущает ее недостаток, а еще свыше 500 млн. жителей страдают от недостатка и плохого качества питьевой воды.

Большая часть вод на земном шаре -- это воды Мирового океана -- 96% (по объему). На подземные воды приходится около 2%, на ледники -- тоже около 2% и только 0,02% приходится на поверхностные воды материков (реки, озера, болота). Запасы же пресных вод составляют 0,6% от всего объема вод. Современное потребление воды в мире -- 3500 куб. км в год, т. е. воды на каждого жителя планеты приходится по 650 куб. м в год.

Пресная вода в основном используется в промышленности -- 21% и сельском хозяйстве -- 67%. Воды Мирового океана не пригодны не только для питья, но и для технологических нужд, несмотря на достижения современной технологии.

19. Невозобновляемые ресурсы

Ресурсы, не восстанавливающиеся самостоятельно и не восстановимые искусственно. К невозобновляемым ресурсам относятся горючие полезные ископаемые (нефть, природный газ, уголь, торф), руды металлов, благородные металлы и строительные материалы (глины, песчаники, известняки). Чем больше их человечество добывает и использует, тем меньше остается следующим поколениям.

Причины сокращения земельного фонда:

1. природные

2. экологические

3. экономические

К природным причинам можно отнести наступление моря на сушу, опустынивание, наступание песков в пустынных районах.

В основе экологических причин лежит неправильное ведение сельского хозяйства, приводящее к засолению и заболачиванию земель, вырубка лесов. Мелиоративные работы, кажущиеся полезным занятием, также наносят ущерб земельному фонду.

Экономические причины - это строительство городов, линий электропередач, дорог, прокладка трубопроводов, каналов, создание водохранилищ, карьеров.

Для увеличения запасов сторонники защиты окружающей среды предлагают увеличить долю рециркуляции и повторного использования невозобновимых минеральных ресурсов и снизить неоправданные потери таких ресурсов. Рециркуляция, вторичное использование и снижение количества отходов требует для своей реализации меньше энергетических затрат и в меньшей степени разрушают почву и загрязняют воду и воздух, чем использование первичных ресурсов.

Невозобновляемые исчерпаемые природные ресурсы называют минеральным сырьем и ископаемым топливом. В целом минеральные ресурсы -- совокупность пригодных для добы­вания и использования вещественных составляющих лито­сферы. Минеральное сырье и ископаемое топливо используют в хозяйстве как сырье или как источник энергии.

Мировые запасы нефти в 1997 г. оценивались в 1016 млрд баррелей. Это значит, что к 2020 г. разведанные запасы нефти на Земле будут исчерпаны. Возможно, этот прогноз не точен (добычу нефти сокращают, заменяя ее газом), но даже с от­крытием новых месторождений истощение запасов нефти ото­двинется лишь на 10--20 лет.

Газа на Земле намного больше, чем нефти, но при современных темпах потребления его едва ли хватит до 2050 г. За­пасы газа, по оценкам специалистов, примерно составляют 350 трлн. м3 (в том числе разведано 136 трлн. м3). Прогнозируемое на 2010 г. мировое потребление газа около 3,5 трлн. м3 в год; отсюда следует, что разведанные запасы могут иссякнуть примерно через 40 лет (почти одновременно с нефтью). Добыча газа с каждым годом обходится все дороже.

Поскольку рост добычи полезных ископаемых опережает прирост разведанных запасов, можно ожидать, что к 2000-- 2005 гг. будет исчерпана сырьевая база на 40--45% добывающих предприятий, и Россия из экспортера минерального сырья превратится в импортера.

С развитием общества различные виды производства рас­ширяются и количество сырья, которое используется, тоже увеличивается. Каждые 10--12 лет расход сырья увеличивается приблизительно в 2 раза.

20. Загрязнения. Деятельность человека

Загрязнение -- это принесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физических, химических, информационных или биологических агентов или превышение их естественного среднемноголетнего уровня в различных средах, приводящее к негативным воздействиям.

Физические загрязнения - это изменения тепловых, электрических, радиационных, световых полей в естественной среде, шумы, вибрации, гравитационные силы, вызванные человеком.

Механические загрязнения - это разные твердые частицы и предметы (выброшенные как непригодные, сработанные, изъятые из потребления).

Химические загрязнения - тверди, газообразные и жидкие вещества, химические элементы и соединения искусственного происхождения, которые поступают, - в биосферу, в нарушение

установлены природой процессы круговорота веществ и энергии.

Биологические загрязнения - разные организмы, которые появились благодаря жизнедеятельности человечества, - бактериологическое оружие, новые вирусы (возбудители спида, болезни легионеров, эпидемий, других болезней, а также катастрофическое размножение растений или животных, переселенных из одной среды в другое человеком или случайно. Поскольку выше уже была дана характеристика некоторых загрязнителей окружающей среды, мы должны остановиться на наиболее характерных для нашего государства.

В условиях научно-технического прогресса значительно осложнились взаимодействия общества с природой. Человек получил возможность влиять на ход естественных процессов, покорил силы природы, начал овладевать почти все доступные восстановительные и невосстановительные природные ресурсы, но вместе с тем загрязнять и разрушать окружающую среду.

До конца XX в. загрязнение окружающей среды отходами, выбросами, стоковыми водами всех видов промышленного производства, сельского хозяйства, коммунального хозяйства городов приобрело глобальный характер и поставило человечество на грань экологической катастрофы.

Источники загрязнения очень разнообразны: среди них не только промысловые предприятия и топливно-энергетический комплекс, но и бытовые отходы, отходы животноводства, транспорта, а также химические вещества, которые человек целеустремленно вводит к экосистеме для защиты полезных продуцентов и консументов от вредителей, болезней и зарастал бурьяном.

Среди ингредиентов загрязнения -- тысячи химических соединений, особенно тяжелые металлы и окислы, токсичные вещества и аэрозоли. Разные источники выбросов могут быть одинаковыми за составом и характером загрязняющих веществ.

Так углеводороды поступают в атмосферу и при сжигании топлива, и от нефтеперерабатывающей промышленности, и от газодобывающей промышленности.

21. Загрязнение атмосферы

Атмосфера земли является газовой оболочкой планеты. Данная оболочка имеет послойное строение и относительно стабильный газовый состав. Атмосферный воздух включает азот (более 78%), кислород (более 20%) и около 1% других газов, в том числе углекислого газа, неона, аргона, метана, гелия, водорода, т.д. Воздух - это наиболее важная природная среда, без которой невозможно существование жизни на планете.

В настоящее время вследствие хозяйственной деятельности человека происходит интенсивное загрязнение атмосферы. Это искусственное, или антропогенное загрязнение. Также ученые выделяют естественное загрязнение воздушной оболочки в связи с воздействием факторов неживой природы.

Понятие «загрязнение атмосферы» подразумевает привнесение в воздух каких-либо не характерных для него химических, физических и биологических веществ, либо повышение их концентрации. Соответственно, загрязнение может быть трех видов: химическое, физическое и биологическое.

Физическое загрязнение включает механическое (твердые частички, пыль), электромагнитное (разные типы электромагнитных волн, включая радиоволны), радиоактивное (изотопы и радиоактивные лучи), тепловое (выбросы теплых воздушных масс, др.), шумовое (шум, низкочастотные колебания воздуха).

Химическое загрязнение подразумевает загрязнение воздуха газообразными летучими веществами и аэрозолями. В настоящее время главными химическими загрязнителями воздуха считаются оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, альдегиды, диоксид серы, тяжелые металлы, аммиак, радиоактивные изотопы и атмосферная пыль. Из тяжелых металлов наибольшей концентрации в промышленных регионах достигают соединения свинца, меди, цинка, хрома, кадмия.

Биологическое загрязнение атмосферы, в большинстве случаев, микробной природы. Примером может служить загрязнение воздуха спорами и вегетативными формами грибов и бактерий, вирусами, в том числе их продуктами жизнедеятельности.

В настоящее время главными загрязнителями атмосферы считаются углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы, а также газовые компоненты, повышение концентрации которых влияет на температурный режим тропосферы (метан, фреоны, диоксид азота, озон). Интенсивное загрязнение атмосферы обусловлено работой промышленных предприятий черной и цветной металлургии, химических и нефтехимических комбинатов, строительной индустрии, энергетической и целюлозно-бумажной промышленности. Основные источники загрязнения воздуха - тепловые электростанции, так как от этих предприятий в атмосферу поступает дым с углекислым и сернистым газом. Металлургические заводы выбрасывают в атмосферу сероводород, окиды азота, фтор, хлор, аммиак, соединения фтора, мышьяка, ртути. Цементные и химические предприятия наносят не меньший урон газовой оболочке планеты. Большое количество опасных газов поступают в атмосферу вследствие сжигания топлива для потребностей промышленности и отопления помещений, в результате работы двигателей транспортных средств и при переработке промышленных отходов.

22. Загрязнение водных систем

Любые изменения физиологических, химических, а также биологических свойств жидкости в водоемах, спровоцированные нарушением целостности, сбросом жидких, газообразных, а также твердых веществ, являются загрязнением, причиняющим воде вред, делающим ее непригодной к употреблению, а также наносящим ущерб физическому состоянию людей, употребляющих данную жидкость. Мы можем определенным образом классифицировать возможные виды загрязнений поверхностных, а также подземных вод, исходя из источника загрязнения. Первым типом является механическое загрязнение. Под ним понимается засорение вод, связанное с повышенным содержанием разного рода механических примесей. В основном данный вид связан с нарушением чистоты поверхностных водоемов. Вторым типом является химический процесс загрязнения. Он определяется наличием органических и неорганических веществ, оказывающих токсическое и нетоксическое действия. Третий тип - бактериальное и биологическое загрязнения. Они отмечаются присутствием в жидкости мелких водорослей, грибов, патогенных микроорганизмов. Четвертый тип - радиоактивное загрязнение, зависит от наличия радиоактивных веществ. И, наконец, последний, пятый тип загрязнения - тепловое, связанное со сбросом в природные воды нагретых вод тепловых, а также атомных электростанций.

Основным источником, вбрасывающим в воду нарушающие ее целостность вещества, являются промышленные, коммунальные предприятия, недостаточно хорошо оснащенные системой очистки, зачастую просто не перешедшие на замкнутый цикл водооборота в связи с экономией денежных средств, халатным отношением к вопросу причинения вреда окружающей среде выбросами с самого предприятия. Среди таких предприятий стоит отметить также крупные животноводческие комплексы. Также вред природным водам наносят рудники, шахты, водный и железнодорожный транспорт - любые антропогенные причины, заключающие в себя выброс в воду чужеродных, неблагоприятно воздействующих веществ.