Предмет, структура, проблемы, задачи, методы ЭКОЛОГИИ

Предмет, структура, проблемы, задачи, методы ЭКОЛОГИИ

 

Экология -наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой.

Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяция, биоценозы) и их динамика во времени и в пространстве.

Термин «экология» (от греч. oikos – жилище, обитель, дом и logos – слово, учение) ввел в 1866 г Эрнст Геккель  – немецкий зоолог, он означает «знание, учение о доме, обители, месте обитания».

Антропоцентрический, технологический, технократический подход к решению вопроса о взаимоотношениях Человека и Природы. Антропоцентрическое экологическое сознание состоит из совокупности представлений о всесилии человека как существа, которое имеет безграничные возможности в покорении природы. Сущность антропоцентрического сознания раскрывается в таких мировоззренческих принципах:

1. Высшей ценностью есть человек. Все другое в природе ценное настолько, насколько полезно человеку. Природа выступает собственностью человека.

2. Мир имеет иерархическое строение. Вершину иерархии занимает человек, середину - вещи, им созданные, фундамент - объекты природы, которые, в свою очередь, упорядочиваются в зависимости от полезности для человека.

3. Целью взаимодействия с природой есть его использования для удовлетворения тех или других прагматических потребностей человека, для получения им "полезного" продукта.

 Противоположным антропоцентрическому типу экологического сознания является экоцентрический или, как еще его называют, биоцентрический тип сознания. Для экоцентрического сознания характерные такие признаки:

1. Высочайшую ценность имеет природа. Человечество должно подчиниться природе. Вся деятельность человека оценивается лишь с точки зрения полезности для окружающей среды.

2. Иерархическая картина мира имеет такой вид: на вершине пирамиды находится природа, а в ее основе - человечество, которое направило свой потенциал на службу природе.

3. Целью взаимодействия с природой является сохранение ее нетронутой во всем многообразии форм и видов, в том числе и тех, которые вредят как человечеству в целом, так и отдельному человеку.

Структура науки экологии.

Современная экология — это фундаментальная наука о природе, являющаяся комплексной и объединяющая знание основ нескольких классических естественных наук: биологии, геологии, географии, климатологии, ландшафтоведения и др.

Экологию по размерам объектов изучения делят на аутэкологию (раздел науки, изучающий взаимодействие индивидуального организма или вида с окружающей средой), демэкологию, или популяционную экологию (изучающий взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с окружающей средой), синэкологию (изучающий функционирование сообществ и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами), географическую, или ландшафтную, экологию (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среды) и глобальную экологию (мегаэкология, учение о биосфере Земли)

По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов (прокариот), грибов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, промышленную (инженерную), общую экологию.

Геоэкология – изучает взаимоотношения организмов и среды с точки зрения их географической принадлежности и влияния географических факторов.

Экология промышленности, сельского хозяйства, транспорта, промысловая экология –прикладные экологические дисциплины, изучающие различные аспекты взаимоотношений с окружающей средой отдельных отраслей хозяйства человеческой цивилизации.

Охрана окружающей среды – комплексная прикладная межотраслевая дисциплина, которая разрабатывает принципы и методы обеспечения оптимального для здоровья и жизни человека состояния окружающей его среды – природной, техногенной, социально-экономической, культурной.

С точки фактора времени рассматривают историческую и эволюционную экологии (в том числе археологию). В системе экологии человека выделяют социальную экологию (взаимоотношение социальных групп общества с их средой жизни), отличающуюся от экологии индивида и экологии человеческих популяций по функционально-пространственному уровню, равную синэкологии, но имеющую ту особенность, что сообщества людей в связи с их средой имеют доминанту социальной организации (социальную экологию рассматривают для уровней от элементарных социальных групп до человечества в целом)

Проблемы экологии.

Объем антропогенного воздействия на биосферу в 20-м веке приблизился к пределу ее устойчивости, а по некоторым параметрам его превзошёл, о чем свидетельствует:

- резкое сокращение площади ненарушенных экосистем, их деградация, необратимое количественное и качественное обеднение биосферы;

- потребление возобновимых природных ресурсов (вода, почва, биомасса растений и животных) достигло или превысило темпы их естественного прироста;

- химическая деформация среды как результат загрязнения отходами человеческого хозяйства, угроза здоровью людей;

- разомкнутость антропогенного круговорота веществ (отходы содержат много веществ и материалов, не утилизируемых в естественных круговоротах – ксенобиотиков);

- резкое сокращение запасов невозобновимых (минеральных и топливных) ресурсов.

Природа отвечает на антропогенное давление часто непредвиденными изменениями, создающими экологическую опасность:

- антропогенное преобразование ландшафтов и их загрязнение имеют неконтролируемое последствие в виде зон экологического риска, экологических бедствий, экономических потерь;

- избирательное воздействие на отдельные виды микроорганизмов, растений, животных вызывает неконтролируемые цепные реакции нарушают устойчивость экосистем, ведут к их разрушению;

- мутации живых организмов под действием химического и радиационного загрязнения среды (повышенная устойчивость, адаптивность, иногда – опасные для человека свойства мутантов).

Человек оказался в ловушке противоречия между своей консервативной биологической природой и нарастающим его отчуждением от природы. Человек использует изобретенные им технологии и средство жизнеобеспечения, что позволяет ему в большой степени освободиться от давления естественного отбора и межвидовой конкуренции. Все это привело к следующим последствиям:

1. огромное увеличение и продолжение роста численности людей, не связанное с повышением их биологического качества (для человека характерны совершенно немыслимые в природе наследственные заболевания, наследственная предрасположенность к болезням, низкий иммунобиологический статус, возрастная хронизация болезней);

2. человечество приобрело черты цивилизации потребления, экономика ее поддерживается преимущественно за счет провокации большого числа вторичных, факультативных потребностей, удовлетворение которых ведет к избыточной технологической нагрузке на природу и окружающую человека среду.

Задачи экологии.

Главная задача – консолидация ее различных разделов и огромного фактического материала на единой теоретической платформе для создания системы реальных взаимоотношений природы и человеческого общества.

Научно-практические задачи:

¾ диагностика состояния природы планеты, определение порога выносливости биосферы и степени обратимости ее изменений;

¾ прогнозирование регионального и глобального состояния окружающей среды при разных сценариях экономического и социального развития стран, регионов и человечества в целом;

¾ отказ от природопокорительской идеологии и создание новой, направленной на экологизацию экономики, производства, техники, политики, образования;

¾ формирование экологического мировоззрения, которое приведет масштабы и характер хозяйственной деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы и предотвратят глобальный экологический кризис.

Методы экологии.

1. Полевые исследования, т.е. изучение популяций видов и их сообществ в естественной среде обитания. Именно при помощи полевых методов можно установить результаты влияния на организм конкретного комплекса факторов окружающей среды, выявить общую картину развития вида в определённых условиях.

2. Метод эксперимента. Главной его задачей является выяснение (путём наблюдения) причин существующих природе взаимоотношений. Путём эксперимента (опыт сравнивается с контролем) вычленяется и анализируется роль отдельных факторов при постоянстве всех остальных. Экспериментальные методы отличаются от полевых тем, что организмы искусственно ставятся в условия, при которых можно дозировать размер изучаемого фактора, следовательно, можно точнее, чем при обычном наблюдении, оценить его влияние. При этом выводы, полученные в лаборатории, требуют обязательной проверки в полевых условиях.

3. Лабораторные эксперименты позволяют обеспечить контроль большого числа факторов, исключив воздействие неконтролируемых. Классической схемой проведения лабораторных исследований является однофакторный эксперимент, когда изучается влияние избранного фактора при фиксированных значениях всех остальных.

4. Метод моделирования биологических явлений. Методы математического моделирования используются для экологического прогнозирования. Поскольку в условиях научно-технического прогресса воздействие человека на окружающую среду неизбежно, составление экологического прогноза необходимо. Это сложная и ответственная задача, решить которую невозможно без многостороннего математического анализа всех аспектов взаимоотношений живых организмов с многочисленными факторами внешней среды. Управление экосистемами на основе точно составленных прогнозов — задача будущего.

 

Среда обитания

На Земле живые организмы освоили 4 основные среды обитания, различающиеся по специфике условий – экологических факторов.

Водная среда – среда зарождения жизни, ее характерные особенности: высокая плотность (~ 1,354 г/см³); большие перепады давления (1 атмосфера /10 м глубины); низкое содержание кислорода (около 1 %); невысокая интенсивность солнечного излучения вблизи поверхности и его отсутствие на глубине; стабильный температурный режим; наличие течений.

Наземно-воздушная среда – освоена позднее водной, ее характерные особенности: газообразная среда с невысокой плотностью, с высоким содержанием кислорода, относительно небольшим содержанием воды и водяных паров, определенным химическим составом воздуха, интенсивным солнечным излучением, большими перепадами температур, погодными изменениями; определенным характером рельефа и грунта.

Почва – сформировалась под действием живых организмов, как среда обитания представляет собой относительно тонкий поверхностный слой суши, в котором твердые частицы окружены воздухом и водой, является средой обитания мелких организмов: одноклеточные используют ее как сеть водоемов; клещи, мелкие насекомые – живут в порах, заполненных воздухом (система мелких пещер); для крупных организмов (кроты, дождевые черви) – почва плотная среда с большим сопротивлением движению.

Живые организмы как среда обитания – имеет э кологические преимущества ( неограниченное количество пищи, защищенность от внешних факторов среды, относительно стабильные условия среды), формирующие организмы с примитивной организацией, вторичным упрощением строения, и экологические трудности (ограниченность жизненного пространства, сложность снабжения кислородом, трудности распространения от одного хозяина к другому, защитные реакции организма против паразитов).

Экологические системы

Экологическая система.

По определению английского ботаника А. Тенсли (1935) экосистемой называют любую устойчивую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ, т.е. живое сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот. А. Тенсли подчеркивал, что неорганические и органические факторы выступают как равноправные компоненты.

Круговорот углерода.

Наибольшее количество углерода содержится в литосфере в виде двух больших резервуаров, имеющих разное химическое происхождение:

¾ в составе осадочных карбонатов, всех форм МСО₃;

¾ в составе ископаемых топлив, большая часть которых представляет собой биогенное и биокосное вещество — фоссилизированную, т.е. погребенную и преобразованную органику (от англ, fossil — окаменелый, ископаемый) — уголь, нефть, газ, нефтеносные сланцы, битуминозные пески, асфальт.

Небольшое количество углерода содержится в литосфере в виде графита и алмазов.

В гидросфере углерод находится в основном в виде гидрокарбоната НСО₃, растворенного диоксида СО₂ и некоторого количества растворимой органики.

В атмосфере – в виде СО₂ и небольшой доли примесных газов, пыли и аэрозолей, содержащих углерод.

Вся мертвая органика, задействованная в биотическом круговороте, все формы детрита, органика почв и илов отнесены к биосфере.

Биомасса живых организмов содержит меньше 0,001% углерода Земли, но практически полностью определяет его планетарный круговорот.

Заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием глюкозы и других органических веществ, из которых построены все растительные ткани. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых существ экосистемы. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием СО₂.

Круговорот кислорода

В отличие от углерода, резервуары доступного для биоты кислорода по сравнению с егопотоками огромны. Поэтому отпадает проблема глобального дефицита О₂ и замкнутости его круговорота. Биотический круговорот кислорода составляет 270 Гт/год. Кислород на Земле — первый по распространенности элемент, его содержание (вес. %): в атмосфере — 23,1; в биосфере (в составе сухой органики) — 44,8; в литосфере — 47,2; в гидросфере (в составе воды) — 86,9. Для водных организмов нужен растворенный в воде кислород. Его среднее содержание в фотическом слое гидросферы составляет 4,5 мг/л и значительно колеблется.

Содержание кислорода в атмосфере во много раз больше — 288 мг/л — и на протяжении длительной геологической эпохи постоянно. Наземные животные довольно чувствительны к отклонениям от этого уровня. Некоторый дефицит кислорода для животных и человека возникает только в высокогорье, в зонах интенсивного потребления и в искусственных устройствах. Биота биосферы, сыгравшая решающую роль в оксигенизации атмосферы, подвела его концентрацию в воз духе до черты, за которой уровень окислительной способности среды становится уже опасным для биоты.

С круговоротом кислорода тесно связано образование озона. В высоких слоях атмосферы под влиянием жесткой ультрафиолетовой части солнечного спектра происходит ионизация и диссоциация части молекул кислорода, образуется атомарный кислород, который немедленно присоединяется к возбужденным молекулам кислорода, образуя озон — трехатомный кислород:

На образование озона тратится около 5 % поступающей к Земле солнечной энергии – около 8,6∙10¹⁵ Вт. Реакции легко обратимы. При распаде озона эта энергия выделяется, за счет чего в верхних слоях атмосферы поддерживается высокая температура. Средняя концентрация озона в атмосфере составляет около 10^-6 объемных процентов; максимальная концентрация О₃ – до 4∙10^-6 объемных процентов достигается на высотах 20 – 25 км. Поглощая при своем образовании значительную часть жестких ультрафиолетовых лучей, озон играет большую защитную роль для всей экосферы.

Для некоторых экосистем вынос вещества за их пределы настолько велик, что их стабильность поддерживается в основном за счет притока такого же количества вещества извне, тогда как внутренний круговорот малоэффективен. Таковы проточные водоемы, реки, ручьи, участки на крутых склонах гор. Другие экосистемы имеют значительно более полный круговорот веществ и относительно автономны (леса, луга, озера и т. п.). Но ни одна, даже самая крупная экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота веществ. Материки обмениваются веществом с океанами, литосферой (при участии в этих процессах атмосферы), а вся наша планета часть материи и энергии получает из космоса, а часть отдает в космос.

Биосфера

 

Функционирование биосферы.

Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей биота биосферы выполняет ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба.

Газовая функция. Кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза, единственный абиогенный источник кислорода – диссоциация воды на больших высотах – незначителен. Создание озонового слоя из кислорода в верхних слоях тропосферы – результат деятельности живого вещества. Биохимическая переработка продуцирование и потребление углекислого газа, азота, сероводорода, метана, других летучих веществ (фитонцидов) формирует и поддерживает постоянство состава атмосферы.

Концентрационная функция. Живые организмы пропускают через свое тело большие объемы различных веществ и газов, осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений: биосинтез органики; строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, толщ осадочных известняков; окисление и восстановление элементов с переменной валентностью микроорганизмами (азот, сера, железо, марганец и др.) Геологические результаты концентрационной функции биосферы – месторождения серы, сульфидов, скопления железомарганцевых конкреций на дне океана и т.п.

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях. Живые клетки располагают эффективными катализаторами – ферментами и способны производить окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

Информационная функция. С появлением живых существ на планете появилась генетическая информация – активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Живые организмы способны к получению информации путем соединения потока энергии с молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию стала важным экологическим системообразующим фактором.

Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены к внешним факторам существования образуют мощную средообразующую функцию биосферы, тесно связанную со средорегулирующей функцией – биотической регуляцией окружающей среды. Биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и длительное время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды.

Эволюция биосферы.

Изменение окружающей среды развивалось параллельно и взаимосвязано с эволюцией жизни. Изменение параметров абиотических факторов влекло за собой каскад изменений живого (принцип влияния неживого на живое). Изменяющееся живое вещество активно воздействует на среду своего обитания, формируя ее новые параметры (принцип влияния живого на неживое). Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биотическая регуляция окружающей среды — результат эволюции биосферы. Важнейшим двигателем планетарной химической и органической эволюции является непрерывный поток солнечной энергии, постоянно организующий, воспроизводящий и усложняющий путем автокатализа и отбора циклические динамические системы вещества на Земле. Динамика химических циклов в биосфере указывает на прямую связь химической и биологической эволюции на планете.

Этапы эволюции биосферы.

Добиотическая эволюция – химическая эволюция подготавливала субстраты, конструкции и реакции для возникновения жизни, включала 4 подэтапа:

1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад).

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере.

3. Образование сложных органических веществ, биополимеров — белков, нуклеиновых кислот, жирных кислот, полисахаридов.

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода.

Биотическая эволюция – эволюция жизни, включала 4 подэтапа:

1. Возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад).

2. Появление фотоавтотрофных клеток, развитие фотосинтеза и биопродукция кислорода – постепенный переход к окислительной атмосфере.

3. Увеличение биологического многообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом.

4. Появление человека — лидера эволюции.

Развитие биосферы по представлениям Н.Н. Моисеева – цепь катастроф с непредсказуемыми исходами. Одной из таких катастроф было уничтожение прокариотической биосферы и замена ее биосферой, в которой главенствуют эукариоты. Полная перестройка биосферы произошла и тогда, когда живое вещество вышло из океана. Гибель динозавров тоже следует отнести к числу подобных катастроф. Наконец, появление человека — это тоже катастрофа, внесшая в число механизмов развития биосферы разум, и опять с непредсказуемым исходом. В результате появления человека эволюция биосферы пошла по совершенно другому пути.

 

Законы экологии

 

Все законы в экологии опираются на фундаментальные законы диалектики, естествознания, их можно рассматривать как их частные приложения и следствия. Основной закон функционирования Биосферы – Закон внутреннего динамического равновесия (ЗВДР) – вещество, энергия, динамические качества природных экосистем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят. Рассматриваемые далее «законы экологии» так или иначе отражают различные стороны Закона Внутреннего Динамического Равновесия.

Закон всеобщей связи вещей и явлений – принцип целостности. Глобальные потоки энергии и круговороты вещества, ветры, океанские течения, реки, трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов — все это делает биосферу единой коммуникативной системой. Первый закон экологии известного американского эколога – популяризатора экологии Б. Коммонера (1974) звучит как «все связано со всем» – (1), и означает, что возмущения в одной части сложной системы (например, в биосфере) неизбежно вызывают изменения в других ее частях, которые ведут к нейтрализации возмущения или при превышении его порога к еще большей деформации системы. В биосфере природа и общество находятся в одной сети системных взаимодействий.

Принцип Ле Шателье — «при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается» (эмпирически выведен для условий химического равновесия), н а биологическом уровне реализуется в виде способности к авторегуляции и поддержанию гомеостаза, т.е. относительного постоянства важных параметров состояния организма или сообщества организмов, в масштабе биосферы – в глобальной биотической регуляции окружающей среды.

Закон сохранения массы вещества. Фундаментальные законы сохранения, в частности сохранения массы вещества, приложимы к функционированию биологических систем. Как закон Б. Коммонера этот закон одновременно является и одним из важных требований рационального природопользования: «все должно куда-то деваться». В отличие от человеческого производства и быта живая природа практически безотходна — в природе нет мусора. Все опавшие листья, засохшие стебли, трупы и экскременты животных становятся пищей для других организмов — насекомых, червей, грибов, бактерий, разлагаются до простых соединений и в таком виде вновь потребляются растениями. В целом для биосферы при количественном балансе масс всегда соблюдается равенство скоростей синтеза и распада. Это означает высокую степень замкнутости круговорота веществ в биосфере. Деятельность человека привела к нарушению замкнутости круговоротов биосферы и изменениям химической среды на поверхности планеты.

Закон ограниченности ресурсов. Природопользование стоит очень дорого – намного больше обычной денежной стоимости потребляемых ресурсов. В экономике природы, как и в экономике человека, не существует бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, кислород, какими бы неисчерпаемыми ни казались их запасы на Земле, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой, оплачиваются полнотой и скоростью возврата, оборота ценностей, замкнутостью материальных круговоротов — биогенных элементов, энергоносителей, пищи, денег, здоровья. Поэтому имеет смысл говорить о действии закона ограниченности ресурсов, в формулировке Б. Коммонера – «ничто не дается даром». Аргументируя этот закон экологии, Б. Коммонер пишет: Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничто не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка очень затянулась.

Закон падения природно-ресурсного потенциала. В рамках одного способа производства и одного типа технологий природные ресурсы делаются все менее доступными и требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение и транспортировку. Наиболее ярко этот закон проявляется на примере минеральных ресурсов, но приложим в конечном счете ко всем природным ресурсам.

«Природа знает лучше» – это также один из законов экологии Б. Коммонера, определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Возможность и право такого знания выработаны на протяжении миллиардов лет в бесчисленном чередовании актов отбора, проб и ошибок, в тщательнейшей подгонке каждого вещества, каждой новой органической формы ко всему комплексу условий существования, к огромному множеству других веществ и форм

 

Аэрозольный эффект. Смог.

Аэрозольный эффект – снижение прозрачности атмосферы, уменьшение солнечной радиации, достигающей поверхности земли – эффект противоположный парниковому, вызывает снижение температуры у поверхности. Аэрозоли, включающие:

– жидкие частицы (10^-6 – 10^-1 см), представляют собой туман.

– твердые частицы (10^-8 – 10^-2см), представляют собой пыль.

Вода в биосфере

Вода в биосфере присутствует повсюду: в водоемах, в атмосфере, в почве, в живых организмах.

¾ 70,8 % поверхности земли покрыто водой.

¾ Соленая вода составляет 97,2 % запасов воды на Земле, в том числе Мировой океан – 96,52 %.

¾ Пресная вода составляет 2,8 % всех запасов.

Основные резервуары пресной воды:

¾ ледники, снежный покров, подземные льды – в сумме 74,36 %;

¾ пресные грунтовые воды – 24,87 %;

¾ пресные озера – 0,31 %;

¾ соленые озера – 0,26 %;

¾ реки, водохранилища – 0,02 %;

¾ болота, почвы – 0,1 %;

¾ атмосфера – 0,06 %;

¾ биомасса – 0,02 %.

Потребление пресной воды.

Водоемкость человечества в течение 20 века увеличилась в 12 раз, достигнув ~5 тыс. км³/год (11 % годового стока всех рек мира). Мировое водопотребление: 70 % – на с/х; 13 % – промышленность; 10 % – коммунально-бытовые нужды; 7 % – собственные нужды водного хозяйства (гидроэнергетика, судоходство, рыбное хозяйство и др.) Водопотребление России 57,3 % – промышленность, 18,9% – сельское хозяйство, 20,5% – коммунально-бытовые нужды.

Безвозвратный расход воды (в основном, испарение) составляет 75 %; общий объем технических стоков мира превышает 1300 км³/год (по некоторым оценкам – до 1800 км³/год). Для достаточного разведения содержащихся в них примесей нужно в среднем в 10 раз большей свежей воды. Следовательно, суммарное прямое антропогенное вмешательство в природный круговорот воды составляет 18 тыс. км³/год, что составляет половину речного стока. Вода некоторых рек в промышленных районах мира полностью (в ряде случаев более чем однократно) проходит через различные технические системы водопотребления.

На производство 1т готовой продукции расходуется воды (м³): уголь – 0,6; нефть – 3; сталь – 40; синтетические волокна – 300; бумага – 900; резина – 3400.

Для охлаждения энергоблоков требуется: ТЭС (1ГВт) – 1,2–1,6 км³/год; АЭС (1ГВт) – 3 км³/год.

Питьевое водоснабжение в мире на 25 % основано на подземных источниках. Практически вся вода, поступающая в магистрали питьевого водоснабжения нуждается в специальной водоподготовке. Проблема качества воды связана в основном с техногенным загрязнением поверхностных и подземных вод. С этим тесно связан рост индустрии глубокой очистки и бутилирования питьевой воды.

Водные ресурсы России.

Мгновенный запас поверхностных пресных вод России – 28 тыс. км³, из них 23 тыс. км³ (82 %) оз. Байкал (что составляет 22 % пресных вод мира). Из 15 крупнейших рек мира 4 находятся в России. Годовой сток рек РФ составляет 9,1 % мирового стока.

Географическое распределение материкового стока РФ крайне неравномерно: более 90 % стока приходится на Северный Ледовитый, Тихий океаны; менее 9 % стока приходится на бассейны Каспийского и Азовского морей, где сосредоточено 80% населения РФ и большая часть хозяйственного потенциала. В результате этого бассейн реки Волги испытывает большую техногенную нагрузку. Водозабор Волги составляет 18 %, что приводит к уменьшению ее естественного годового стока на 10–12 %. В реках: Дон, Кубань, Терек, Урал, Исеть, Миасс водозабор превышает 50 % стока.

На каждого жителя РФ в среднем приходится (в год): 30 тыс. м³ – суммарного речного стока; 530 м³ – суммарного водозабора; 90–95 м³ воды бытового водоснабжения (по 250 л в сутки). В крупных городах удельное водопотребление составляет около 320 л/сутки на человека, в Москве – 400 л/сутки. В то же время, пресная вода используется в РФ крайне неэкономно, в ряде районов на юге России, Поволжье и Зауралье существуют трудности с питьевой водой. В Челябинской области на одного жителя приходится в 16 раз меньше водных ресурсов в сравнении со средней цифрой по России.

Средняя водообеспеченность в РФ одна из самых высоких в мире; для сравнения, водообеспеченнось в некоторых странах составляет: США – 320 л/сутки на человека; Великобритания – 170 л/сутки на человека; Япония – 125 л/сутки на человека; Индия – 65 л/сутки на человека; Ирак – 16 л/сутки на человека.

Загрязнение вод России

Если для атмосферы основное внимание обращается на глобальные характеристики, для природных вод наибольший интерес представляют региональные, бассейновые особенности.

По существующей санитарной классификации, сточные воды подразделяют на: нормативно-чистые (не проходят очистки); нормативно очищенные; загрязненные.

В РФ на 1 человека образуется в 1,5 раза больше хозяйственных стоков, чем в мире в среднем.

Вклад различных отраслей промышленности в загрязнение вод:

1. Электроэнергетика – 21,1 %;

2. Химическая – 18,1 %;

3. Деревообработка – 17,8 %;

4. Черная металлургия – 9,9 %;

5. Машиностроение – 8 %;

6. Угольная – 6,4 %;

7. Цветная металлургия – 5,5 %;

8. Все остальные отрасли промышленности – 13,2 %

Объем нормативно очищенных стоков составляет всего 10 % от всех вод, требующих очистки что является следствием низкой эффективности работы очистных сооружений. Качество воды в большинстве водных объектов России не отвечает нормативным требованиям. Учет сброса сточных вод и система их оценки не упорядочены. Так, коллекторно-дренажные воды с орошаемых земель условно относятся к нормативно-чистым, хотя они загрязнены ядохимикатами, соединениями азота и фосфора и требуют разбавления в 10–50 раз для достижения нормального качества.

Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения РФ не может гарантировать требуемого качества питьевой воды. По состоянию на 1998 г – 75,3 % исследованных проб были нестандартны по вкусовым качествам, 20,4 % исследованных проб не отвечают гигиеническим нормам по химическому составу и 1,2 % исследованных проб не отвечают гигиеническим микробиологическим нормам. В целом почти половина жителей РФ потребляет недоброкачественную воду.

Загрязнение по бассейнам:

Географическая особенность загрязнения рек РФ состоит в том, что основные промышленные районы приурочены к верховьям водосборных бассейнов. Таковы – Центр, бассейн р. Камы, Среднее Поволжье, Урал, Кузбасс, верхнее течение р.р. Оби, Енисея, Ангары. Поэтому главные реки России – Волга, Дон, Урал, Обь, Енисей, Лена, Печора в той или иной мере загрязнены на всем протяжении и оцениваются как загрязненные, а их крупные притоки – Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Тура – сильно загрязненные. Анализ вод рек Южного Урала – Камы, Урала и Тобола показывает, что основные загрязнители в них – нефтепродукты, взвешенные вещества, хлориды, сульфаты, соединения азота. Содержание сточных вод промышленных предприятий Южно-Уральского региона в реке Миасс на выходе из города Челябинска составляет более 90%, а Челябинская область по объемам сброса загрязненных сточных вод в водные объекты занимает в России восьмое место.

Очень серьезны экологические проблемы в бассейне р. Волги:

¾ сток р. Волги составляет 5 % стока рек РФ;

¾ водозабор р. Волги составляет 30 км³/год (третья часть водозабора РФ);

¾ стоки в р. Волгу составляют 19 км³/год (39 % стоков РФ);

¾ 2/3 вредных веществ промышленных предприятий не задерживаются очистными сооружениями;

¾ для разбавления 19 км³/год стоков требуется около 1000 км³ чистой воды, а среднегодовой сток Волги составляет всего 254 км³.

Загрязнение морей.

Мировому океану в условиях современной цивилизации отведен