Современное понимание экологии как науки об экосистемах и биосфере

Экология как наука

История экологического знания насчитывает много веков. Уже первобытным людям необходимо было иметь определенные знания о растениях и животных, их образе жизни, взаимоотношениях друг с другом и с окружающей средой. В рамках общего развития естественных наук происходило и накопление знаний, ныне принадлежащих к области экологической науки. Как самостоятельная обособившаяся дисциплина экология выделилась в XIX в. Термин экология (от греч. экое - дом, логос - учение) в науку ввел немецкий биолог Эрнест Геккель.

В 1866 г. в работе «Всеобщая морфология организмов» он писал, что это «... сумма знаний, относящихся к экономике природы: изучению всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт». Такое определение относит экологию к биологическим наукам. В начале XX в. формирование системного подхода и разработка учения о биосфере, которое является обширнейшей областью знания, включающей в себя множество научных направлений как естественного, так и гуманитарного цикла, в том числе и общую экологию, обусловили распространение экосистемных взглядов в экологии. Основным объектом для изучения в экологии стала экосистема. Экосистемой называют совокупность живых организмов, взаимодействующих друге другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени. Все возрастающее воздействие человека на окружающую среду потребовало вновь расширить границы экологического знания. Во второй половине XX в. научно-технический прогресс повлек за собой ряд проблем, получивших статус глобальных, таким образом, в поле зрения экологии явственно обозначились вопросы сравнительного анализа природных и техногенных систем и поиска путей их гармоничного сосуществования и развития. Соответственно дифференцировалась и усложнялась структура экологической науки. Сейчас ее можно представить как четыре основные ветви, имеющие дальнейшее деление: биоэкология, геоэкология, экология человека, прикладная экология. Таким образом, мы можем дать определение экологии как науки об общих законах функционирования экосистем различного порядка, совокупности научных и практических вопросов взаимоотношений человека и природы.

 

Экологический кризис

С точки зрения экологии представляет интерес рассмотрение воздействия человека на экологические системы под углом зрения соответствия или противоречия действий человека объективным законам функционирования природных экосистем. Все многообразие видов деятельности человека в биосфере приводит к изменениям состава биосферы, круговоротов и баланса слагающих ее веществ; энергетического баланса биосферы; биоты. Направленность и степень этих изменений таковы, что самим человеком им дано название экологического кризиса. Современный экологический кризис характеризуется следующими проявлениями: 1) постепенное изменение климата планеты вследствие изменения баланса газов в атмосфере;

2) общее и местное (над полюсами, отдельными участками суши) разрушение биосферного озонового экрана; 3) разрыв естественных экологических связей между океаном и водами суши в результате строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердого стока, нерестовых путей и т.п.; 4) загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществ в результате химических и фотохимических реакций; 5) загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения, высокотоксичными веществами, включая диоксины, тяжелые металлы, фенолы; 6) опустынивание планеты; 7) деградация почвенного слоя, уменьшение площади плодородных земель, пригодных для сельского хозяйства; 8) радиоактивное загрязнение отдельных территорий в связи с захоронением радиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.; 9) накопление на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, в особенности практически неразлагающихся пластмасс; 10) сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газов атмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты; 11) загрязнение подземного пространства, включая подземные воды, что делает их непригодными для водоснабжения и угрожает пока еще мало изученной жизни в литосфере; 12) массовое и быстрое, лавинообразное исчезновение видов живого вещества; 13) ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего в урбанизированных территориях; 14) общее истощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества; 15) изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформирование пищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов; 16) нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия на планете.

 

Биосфера и человек

Структурно биосфера представляет собой совокупность функционально связанных и иерархически соподчиненных единиц - экосистем. В связи с этим одно из наиболее катастрофичных последствий деятельности человека связано с разрушением структуры экосистем и, следовательно, с разрушением структуры биосферы в целом как системной целостности. Очевидно, что система с нарушенной структурой уже не может выполнять своих прежних функций, поэтому, как правило, разрушение внутренней структуры экосистемы ведет к ее исчезновению с поверхности Земли. Установлено, что если разрушение затрагивает три и более уровней иерархии экосистем, то начинается сначала замедленный, а потом все более ускоряющийся процесс опустынивания - искажаются процессы образования почв, меняется химия среды, исчезают многие виды организмов. Разрушение экосистем сопровождается исчезновением видов. Проблема исчезновения видов состоит не просто в том, что их невозможно восстановить, но и в том, что их место займут другие. Вопрос в том, какие. Не случайно существуют организмы разного размера, неодинаковой суточной активности и т.п. Полностью безлесая Земля, населенная мелкими животными, будет совсем иной, чем сейчас. Изменятся круговороты всех веществ, газовый состав атмосферы, качество и количество воды в реках, другие условия жизни. Они могут оказаться совершенно не пригодными для существования человека. Он исчезнет как биологический вид. Таким образом, существуют определенные закономерности замены экосистем в биосфере и видов в экосистеме. Их можно сформулировать следующим образом:

1) «свято место пусто не бывает»; 2) крупные организмы исчезают раньше, их сменяют мелкие; 3) более эволюционно высокоорганизованные виды вытесняются низкоорганизованными, быстрее размножающимися существами;4) всегда побеждают те, кто быстрее и легче изменяется, в том числе генетически. Закон системного сепаратизма утверждает, что разнокачественные составляющие всегда структурно относительно независимы. Разрушение структуры экосистемы вследствие деятельности человека сопровождается стиранием функциональных границ между экосистемами, что ведет к их нарушению. Закон развития природной системы за счет окружающей ее среды: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Если раньше было достаточно сохранения лишь особо «важных» территорий, то теперь необходимо ставить вопрос о том, чтобы преобразуемые пространства занимали лишь сравнительно небольшие площади.

 

Природные ландшафты

Ландшафт (от нем. land «земля», schaft суффикс, выражающий взаимосвязь, взаимозависимость). Каждая наземная экосистема приурочена к конкретному ландшафту. В широком понимании ландшафт представляет собой природный территориальный комплекс, а в узком - конкретную территорию, однородную по своему происхождению, истории развития и неделимую по зональным и незональным признакам, обладающую единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий почв, биоценозов и, следовательно, однохарактерным набором простых геокомплексов (фаций и урочищ). В таком понимании географический ландшафт - одна из категорий физико-географического деления, рассматриваемая как основная единица и основной объект ландшафтного исследования. Классификацию ландшафтов можно провести на различных основаниях. Но наиболее употребительна классификация, основанная на генезисе ландшафта. Ландшафт абиогенный - ландшафт, сформировавшийся без существенного влияния живого вещества. К абиогенному ландшафту условно относят ландшафты центральной части Антарктиды, Гренландского ледяного щита, наиболее высоких вершин Гималаев, лавовые озера и др.

Ландшафт антропогенный - ландшафт, свойства которого обусловлены деятельностью человека. По соотношению целенаправленных и непреднамеренных изменений различают преднамеренно измененные и непреднамеренно измененные ландшафты. Э. Гадач предложил за первыми сохранить название «антропогенных», а вторые именовать «антропическими». Различают также культурный ландшафт (сознательно измененный хозяйственной деятельностью человека) и акультурный, возникающий в результате нерациональной деятельности или неблагоприятных воздействий соседних ландшафтов. Ландшафт техногенный, антропоэкосистема - разновидность ландшафта, где человек выступает центральным элементом, определяющим функционирование и структуру ландшафта. Ландшафт природный - ландшафт, формирующийся или сформировавшийся под влиянием только природных факторов, не испытавший влияния деятельности человека. Научное направление, изучающее ландшафты путем анализа экологических отношений между растительностью и средой, структуру и функционирование природных комплексов на топологическом уровне, взаимодействие составных частей природного комплекса и воздействие общества на природную составляющую ландшафтов путем анализа балансов вещества и энергии, называется ландшафтной экологией.

 

 

Конкуренция

Конкуренция - взаимодействие организмов, проявляющееся во взаимном угнетении друг друга из-за потребности в одном и том же ресурсе - потребляемом компоненте среды. Конкуренция - биотический фактор - возникает в результате нехватки ресурса или его ограниченной доступности. Таким ресурсом может быть объект питания для животных, элементы минерального питания для растений (соединения фосфора, азота, калия и др.), пространство для устройства гнезда, норы, количество света и влаги и т.д.

Конкуренция бывает: 1) межвидовой - распространяется практически на все виды организмов. Формы проявления - от жестокой борьбы до почти мирного сосуществования. Выигрывает в борьбе вид, который в данных экологических условиях имеет хотя бы небольшие преимущества перед другим видом. Например, в результате конкуренции двух сходных видов растений, произрастающих в одной среде, победу одерживает тот вид, который раньше достигнет яруса, имеющего лучшую освещенность. Итог межвидовой конкуренции - вытеснение одного из двух видов из сообщества или расхождение этих видов по различным экологическим нишам. Межвидовая конкуренция играет важную роль в формировании облика природного сообщества;

2) внутривидовая - борьба за территорию, участок обитания, охрана индивидуального охотничьего участка (территориальность). У растений территорию занимает вид - часть популяции, у животных - особь. Борьба особи за территорию может осуществляться простым пением, угрожающими позами. Об интенсивности внутривидовой конкуренции можно судить по тому, как снижается скорость роста популяции - падает рождаемость и растет смертность - при увеличении ее плотности. Территориальность является способом не допустить слишком высокой плотности особей своего вида и сохранить кормовую базу для себя и потомства.

Согласно математической модели, развитой и подтвержденной экспериментально русским ученым Г.Ф. Гаузе, сформулирован принцип конкурентного исключения (теорема Гаузе), который гласит: «Два вида, конкурирующие за один ресурс, не могут существовать в гомогенной среде, и исход конкуренции определяется соотношением интенсивности самоограничения каждой из популяций и их взаимоотношений». Принцип в последнее время оспаривается.

Сосуществование конкурирующих видов (несоблюдение закона Гаузе) происходит по следующим причинам: 1) популяции разных видов ограничены разными ресурсами;

2) хищник преимущественно выедает более сильного конкурента; 3) конкурентное преимущество видов изменяется в зависимости от непостоянства внешних условий;

4) популяции разных видов разделены в пространстве и времени.

 

Трофические уровни

Устойчивые биогеохимические циклы вещества и энергии в биосфере нашей планеты формируются вследствие биологического разнообразия потребляемого организмами набора веществ и выделяемых в природную среду продуктов жизнедеятельности. Базу биологического круговорота веществ составляют трофические уровни, которые представлены конкретными видами живых организмов, делящимися на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты. Трофический уровень составляют популяции организмов, выполняющих в экосистеме одинаковые трофические функции и имеющих различный видовой состав (от греч. trophe - «питание»).

Первый трофический уровень - уровень первичной продукции - образуют автотрофы. Это организмы, которые синтезируют органические вещества (углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты) из неорганических соединений, используя энергию Солнца. Первичная продукция - это биомасса растительных тканей. Первичные продуценты - растения, фотоавтотрофные бактерии и хемосинтезирующие бактерии (хемотрофы). Хемотрофы - микроорганизмы, синтезирующие органическое вещество за счет энергии окисления аммиака, сероводорода и других веществ, имеющихся в воде и почве.

Второй трофический уровень представляют консументы (гетеротрофы):

1) первого порядка - фитофаги - используют в качестве пищи растения;

2) второго порядка - питаются животной пищей.

Консументы - животные, бактерии, грибы, паразитические и насекомоядные растения - накапливают в тканях своего тела энергию, которая используется в пищу консументами высших порядков. Эта энергия составляет вторичную продукцию экосистемы.

На третьем трофическом уровне - редуценты. Это организмы, разлагающие до минеральных веществ, диоксида углерода и воды отходы жизнедеятельности и отмершие организмы. Консументы также участвуют в минерализации органических веществ. Все организмы используют в пищу биомассу предыдущих трофических уровней, теряя энергию с потерями на дыхание, обогрев тела, на различные формы деятельности, на выделение экскрементов. Между видами разных трофических уровней существуют взаимоотношения, образующие систему трофических цепей (цепей питания). Использование ресурсов на каждом трофическом уровне зависит от видового разнообразия экосистемы. Видовое разнообразие может снижаться в зонах загрязнения, вызывая упрощение трофической структуры. Сегодня фиксируются нарушения структуры биоценозов вследствие загрязнения окружающей природной среды. Токсиканты передаются по цепям питания и способствуют гибели животных, птиц, гидробионтов, а также накапливаются в пищевых продуктах, потребляемых человеком.

 

Опасность ядерных катастроф

Повышенные дозы радиации оказывают влияние на генетический аппарат и биологические структуры организмов человека, растений и животных. Такие дозы могут выделиться в результате аварийных ситуаций на объектах, связанных с использованием атомной энергии, либо в случае ядерных взрывов. Это предприятия, на которых получают ядерное топливо, АЭС, базы ледокольного и подводного атомных флотов, заводы по производству атомных субмарин, судоремонтные заводы, стоянки выведенных из эксплуатации атомных кораблей. Особую опасность представляют хранилища ядерных отходов и предприятия по их переработке. Высокая стоимость технологии служит ограничением переработки отработанного ядерного топлива. Сегодня в Россию ввозятся ядерные отходы многих государств. Атомные электростанции в настоящее время входят в ряд традиционных источников получения энергии. Использование атомной энергии в мирных целях, безусловно, имеет свои преимущества, оставаясь при этом объектом потенциального риска не только для регионов, где располагаются АЭС.

В XX в. в России произошли две крупные аварии, которые по своему воздействию на окружающую среду и человека носят катастрофический характер.

1957 г. - военное производственное объединение «Маяк»: утечка радиоактивных отходов, сбрасываемых и хранившихся в «бессточном» озере. Это озеро имело фон 120 млн кюри. Нанесен ущерб водным источникам, лесным и сельскохозяйственным угодьям.

1986 г. - авария на Чернобыльской атомной станции нанесла огромный ущерб не только району ее расположения.

Воздушными массами радиоактивное облако было отнесено на достаточно большое расстояние. Вокруг ЧАЭС на многие километры протянулась запретная зона для проживания людей. Но животные и птицы обитают на пораженной территории.

После этой трагедии многие страны стали ограничивать работу своих АЭС, отказываться от строительства новых. Это происходит потому, что никто не может гарантировать экологическую безопасность таких объектов.

Ежегодно происходит в среднем 45 пожаров, 15 утечек радиоактивных материалов на АЭС. На планете Земля накопилось такое количество ядерного оружия, что его применение неоднократно могло бы уничтожить все живое на ее поверхности. Ядерными державами проводятся наземные, подземные и подводные испытания атомного оружия. Стала обязательной демонстрация мощи государства посредством производства собственного ядерного оружия. В случае возникновения военного конфликта с применением ядерного оружия может произойти атомная война, последствия которой будут самыми катастрофическими.

 

Красные книги.

Антропогенная деятельность нанесла колоссальный ущерб биоразнообразию планеты - важнейшему жизненному ресурсу. Биологическое разнообразие является основой жизни на Земле. Устойчивость биогеохимических циклов вещества и энергии в биосфере зависит от биоразнообразия. Биологическое разнообразие - все виды животных, растений, микроорганизмов, а также экологические процессы и системы, составляющей частью которых они являются. Уменьшение биоразнообразия влечет за собой нарушение устойчивости экосистем.

Международный союз охраны природы создал Красную книгу, в которую заносятся все редкие и исчезающие виды животных и растений. Ведение Красной книги России, субъектов Федерации и красных книг некоторыми странами является важнейшим элементом сохранения биоразнообразия. Объекты, занесенные в Красную книгу, подлежат особой охране. Международные и национальные программы, разработанные в целях сохранения и устойчивого использования биоразнообразия, предусматривают следующие меры: 1) создание национальных парков, биосферных заповедников, природоохранных зон; 2) защита отдельных видов или групп организмов от чрезмерной эксплуатации; 3) организация ботанических садов или банков генов для сохранения генофонда видов; 4) сокращение поступления загрязнений в природную среду.

Всемирная Красная книга издается с 1966 г., первая советская Красная книга была опубликована в 1978 г. В Красную книгу РФ включены около 600 видов растений: цветковых, голосеменных, папоротниковидных, мохообразных, плауновидных, лишайников, грибов. В Книге содержится информация о представителях практически всех видов: беспозвоночных, рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих, насекомых, моллюсков. На территории России обитают 245 видов млекопитающих, в Красную книгу из них включено около 100 видов. Стоит отметить, что на территории России биологическое разнообразие сохранилось гораздо лучше, чем в европейских странах. Сегодня можно говорить о результатах восстановления численности речного бобра, соболя, лося, сайгака, зубра, северного калана, дрофы и др.

Многие виды в результате загрязнения их среды обитания и угрозы истребления самостоятельно мигрируют за биогеографическую границу своего ареала. Такое нарушение биогеографических границ сопровождается акклиматизацией в новых природных комплексах либо ведет к вымиранию вида. В экосистеме, потерявшей данный вид, происходит заполнение освободившейся экологической ниши другим видом. В обоих случаях происходит нарушение устойчивости экосистем.

Нарушение биогеографических границ У особей какого-либо вида имеется свой ареал обитания - область распространения. Довольно часто человек изменял ареал обитания для растений, животных, насекомых, перенося представителей самых разных видов порой на очень большие географические расстояния. Такое переселение осуществлялось, в частности, для добычи меха промысловых животных. Ареал обитания может самостоятельно расширяться видом вследствие биологических причин. Под интродукцией понимают перенос особей за пределы ареала, а также успешное внедрение человека в природные комплексы. В результате удачной интродукции происходит резкое, относительно внезапное увеличение численности особей вида - популяционный взрыв. Вид, вселенный в новую среду обитания, иногда делается экономически выгодным для человека. Пример - акклиматизация ондатры в России. Но этот результат временный. В Австралии наблюдается другой результат интродукции. Популяция кроликов, завезенных на этот материк, нарушает природное равновесие и наносит существенный урон экономике страны. Возможен и третий вариант, когда вид, искусственно расселенный за пределы своего ареала, сохранится как относительно малочисленный и хозяйственно незначимый. Этот вид отвоевывает себе экологическую нишу у местных форм растений, животных, птиц, насекомых или гидробионтов. Интродукция происходит часто в результате поиска видами более комфортных мест обитания, ведь загрязнения биосферы и расселение человека по планете становятся для них все ощутимее. Но нишу, которая освобождается видом, все же не стоит торопиться заселять путем интродукции видов. Примеров интродукции сегодня можно привести великое множество. Интродуцентами населены обширные территории. Это растения, перекочевавшие с более южных широт и даже других материков на новые территории. Колорадский жук - враг картофельных полей, также является интродуцентом. Центром происхождения серой крысы была Восточная Сибирь, центром распространения - Европа, а теперь этот вид живет практически во всех частях света. Человек предпринимает попытки реинтродукции, т.е. интродукции видов в места их коренного обитания. Эти попытки не всегда заканчиваются положительным результатом. Реадаптация особей к прежним условиям обитания происходит очень тяжело. Изменение животными и птицами своих мест обитания часто является причиной гибели целых видов. Расселение человека в ракурсе интродукции - явление особенное. Биологический вид человека как будто способен адаптироваться к любым условиям проживания - и на Крайнем Севере, и в пустынях, и во влажных тропических лесах.

 

Основы экологического права

В Российской Федерации законодательство в области экологии основывается на нормах Конституции и положениях Закона РФ «Об охране окружающей среды». Каждый гражданин РФ имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию, характеризующую ее состояние, и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением. Экологическое право - это совокупность юридических норм, которые регулируют отношения в области охраны и рационального использования природных ресурсов. Экологические отношения - предмет экологического права - возникают между российскими гражданами, иностранными юридическими лицами, лицами без гражданства, предприятиями, учреждениями, организациями и государством. Экологическое право обеспечивается: 1) установлением нормативов качества окружающей среды - атмосферного воздуха, водных объектов, почв и др.; 2) осуществлением государственного экологического контроля соблюдения законов в области охраны природы, наказанием виновных в загрязнении окружающей среды; 3) принятием мер по предотвращению и уменьшению антропогенного воздействия на природу; 4) образованием фондов помощи (государственных и общественных), развитием страхования; 5) возмещением вреда, нанесенного в результате загрязнения, катастроф и аварий.

Основной целью проведения в РФ единой государственной экологической политики является сохранение природных богатств и естественной среды обитания человека.

Хозяйственная, управленческая и иная человеческая деятельность, связанная с отрицательным воздействием на окружающую природную среду, должна строиться на следующих принципах: 1) приоритетность охраны здоровья и жизни человека;

2) экологические и экономические интересы общества сочетаются на научной основе и обеспечивают реальные гарантии прав человека на здоровую природную среду;

3) рациональное использование природных ресурсов на основе законов природы, исключая возникновение необратимых отрицательных последствий как для общества людей, так и для компонентов биосферы; 4) четкое соблюдение требований природоохранного законодательства, за нарушение которых обязательно несется ответственность; 5) решение природоохранных задач должно приниматься в тесной связи с общественными организациями и открыто демонстрироваться населению;

6) международная интеграция в сфере экологии. За экологические правонарушения физические лица несут дисциплинарную, административную, уголовную, материальную ответственность, а предприятия и организации - административную и гражданско-правовую ответственность.

Заповедное дело России

Заповедник - наиболее удобное место для сохранения отдельных объектов и явлений природы, требующих повышенной охраны: исчезающих видов животных, растений и неживых тел природы. В соответствии с этим заповедники имеют и вторую функцию - сохранение экологического разнообразия, одним из существенных составляющих которого является генофонд животных и растений.

В первые годы создания заповедников они рассматривались как резерваты для нуждающихся в особой охране исчезающих видов.

Так были созданы: Байкальский заповедник - для сохранения и умножения соболя, Воронежский - бобра, Хоперский - выхухоли, Астраханский - осетровых рыб и редких птиц, Таймырский заповедник - песца и перелетных птиц.

Иногда основанием для организации заповедника служат уникальные явления природы, например гейзеры на Камчатке; уникальное сочетание минеральных месторождений.

С восстановлением своей численности охраняемые виды расселяются не только по всему заповеднику, но и на смежных территориях. Например, в Воронежском заповеднике при его создании было несколько пар бобров.

За 60 лет существования с его территории было расселено более чем в 70 областей России около 5 млн бобров. Весьма существенна роль заповедников как водоохранной территории. Они являются своеобразными природными «резервуарами» чистой питьевой воды. Заповедники рассматривают и как природные комплексы, изъятые из хозяйственного оборота, и как научно-исследовательские учреждения, выполняющие научные, охранительные, культурно-просветительские и иные функции.

В 1997 г. в России насчитывалось 95 заповедников 2 общей площадью 310, 27 тыс. км., что составляет 1, 53% всей территории нашей страны. Самые крупные из них - Таймырский и Усть-Ленский, площадь каждого из них около 1, 5 млн га. Уникальны по разнообразию растительного и животного мира нетронутые человеком уголки природы в Тебердинском, Алтайском, Кроноцком, Воронежском и других заповедниках России. Для сглаживания влияния прилегающих территорий, особенно в зонах с хорошо развитой инфраструктурой, вокруг заповедников создают охранные зоны, где хозяйственная деятельность строго ограничена. Существуют еще биосферные заповедники, которые входят в состав ряда государственных природных заповедников и используются в качестве фонового заповедно-эталонного объекта при изучении биосферных процессов. В России имеется одиннадцать биосферных заповедников, которые работают по согласованной программе ЮНЕСКО и ведут постоянные наблюдения за изменениями природной среды под влиянием антропогенной деятельности.

Экологический мониторинг

В России создана единая государственная система экологического мониторинга. Она создана с целью наблюдения за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, последствиями его влияния на растительный и животный мир, обеспечения заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в окружающей среде, предупреждения и прогноза ее состояния.

Экологический мониторинг окружающей природной среды ведет Росгидромет. Система наблюдений включает следующие подсистемы:

1) слежения за загрязнением воздуха в городах и промышленных районах;

2) слежения за загрязнением почв;

3) слежения за загрязнением пресных и морских вод;

4) слежения за трансграничным переносом веществ, загрязняющих атмосферу;

5) слежения за химическим и радионуклидным составом и кислотностью атмосферных осадков и загрязнением снежного покрова;

6) слежения за фоновым загрязнением атмосферы;

7) комплексные наблюдения за загрязнением природной среды и состоянием растительности.

При этом выполняются три вида работ:

1) режимные наблюдения;

2) оперативные;

3) специальные работы.

Необходимость выполнения оперативных работ обусловлена случаями аварийного загрязнения природной среды или стихийного бедствия. В результате выдается экстренная информация о фактических и прогнозируемых изменениях загрязнения окружающей природной среды, опасных природных явлениях.

Специальные работы обычно проводятся в случае увеличения уровня воздействия того или иного антропогенного фактора на развитие природных экосистем. В результате сбора, обработки, учета, хранения и распространения информации о состоянии ОПС и ее загрязнении формируется единый государственный банк данных, которыми пользуются компетентные органы в процессе принятия решений. Министерство здравоохранения РФ через свою службу контроля объединяет санитарно-гигиенические и микробиологические лаборатории.

Государственный комитет России по недрам обеспечивает функционирование системы государственного экологического мониторинга геологических объектов. Она связана с системами государственного мониторинга водных объектов Росгидромета и водного кадастра, Федеральной системой сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений, Российской автоматизированной информационно-управляющей системой по чрезвычайным ситуациям, Единой информационной системой недропользования.

 

Экология и космос

Околоземное космическое пространство (ОКП) представляет собой внешнюю газовую оболочку, которая окружает планету. Оно играет роль в сложнейших солнечно-земных взаимосвязях, определяющих условия жизни на Земле. Антропогенные воздействия на ОКП, связанные с началом космической эры, весьма опасны. Они оказались значительнее уровня более продолжительного влияния человека на любую другую природную среду, например приземную атмосферу. Ближний космос, или ОКП, уязвимее, нежели другие среды, поскольку количество вещества в нем неизмеримо меньше, а энергетика процессов гораздо слабее по сравнению с тропосферой, а тем более гидро- и литосферой. Выделяют следующие виды воздействия человека на эту среду:

1) выброс химических веществ вследствие работы двигателей ракет;

2) создание энергетических и динамических возмущений в результате полетов ракет;

3) загрязнение твердыми фрагментами, космическим мусором;

4) электромагнитное излучение радиопередающих систем;

5) радиоактивное загрязнение и жесткое излучение от ядерных энергетических установок, используемых на космических аппаратах;

6) попадание загрязнителей из приземной атмосферы.

Практически бесконтрольное использование ОКП привело к его загрязнению огромным количеством мусора - более 3000 т, по данным М.Н. Власова, 1998 г. Фрагменты последнего сосредоточиваются на высотах более 400 км, они занесены в специальный каталог, за ними ведется постоянное слежение. Наиболее опасно большое количество мелких (менее 10 см) осколков; их поток существенно превышает поток метеоритов. По некоторым данным, при сохранении современных темпов загрязнения общее количество твердых частиц размером более 1 см вырастает за 100 лет более чем в два раза, что представит реальную опасность для космических полетов.

Наиболее опасным с позиции изменения свойств ОКП в негативную сторону признается выброс химических веществ. Сообщалось, что наиболее крупномасштабные нарушения были зарегистрированы после запуска ракет «Сатурн-5» (США). Горизонтальные размеры такой «дыры» составили тысячи километров, а содержание электронов уменьшилось в них в несколько раз. Кроме того, диоксид углерода, который при запуске ракеты распространяется на сотни километров, играет большую роль в тепловом балансе термосферы (усиливает «парниковый эффект»). При запусках ракет происходит также разрушение озонового слоя, что является негативным экологическим явлением. Таким образом, освоение ближнего космоса, или ОКП, осложняет в глобальном масштабе экологическую обстановку.

Значение фото и хемосинтеза

Реакция синтеза органических веществ с помощью световой энергии называется фотосинтезом. В ходе фотосинтеза усваивается порядка 200 млрд т СО2 и выделяется около 145 млрд т свободного кислорода. Поток солнечной энергии, используемой для фотосинтеза, может быть прямым либо отраженным от других предметов, сквозь них прошедшим. Зеленым листом поглощается в среднем 75% падающей на него лучистой энергии, но на фотосинтез используется только небольшая ее часть. На уровень фотосинтеза влияют внешние факторы - температура, свет, диоксид углерода и кислород. Оптимальными температурными условиями являются тепловые условия, при которых фотосинтез достигает 90% своей максимальной величины. Повышение концентрации СО2 в атмосфере ведет к усилению фотосинтеза (до определенного предела). Недостаток воды может быть ограничителем процесса фотосинтеза.

Диоксид углерода и вода - основные исходные вещества, которые используются для фотосинтеза, осуществляемого пигментной системой - хлорофиллом (в некоторых случаях его аналогами). Хлорофилл придает листьям растений зеленую окраску. Процесс фотосинтеза выражается через уравнение: солнечная энергия

6СО2 + 12Н2ОС6 Н12О6 + 6О2 + 6Н2О.

Продукты реакции фотосинтеза - вода, кислород и углеводы, молекулы которых обладают богатой энергией.

Кислород возвращается в атмосферу через мелкие поры в листьях растений - устьица, а углеводы становятся со временем пищей для консументов. В результате фотосинтеза накапливается первичная продукция - биомасса растений.