Природные ресурсы, проблемы их исчерпаемости и загрязнения среды

Понятие «ресурсы», их классификация

Под природными ресурсами понимают природные объекты, которые используются человеком и способствуют созданию материальных благ.

Классификации ресурсов.

К исчерпаемым ресурсам относятся те, которые могут быть исчерпаны в ближайшей или отдаленной перспективе. Сюда относятся прежде всего ресурсы недр и ресурсы живой природы. Подразделяются на возобновимые и невозобновимые.

Невозобновимые-не возрождаются, или восст. Медленнее,чем используются(уголь, нефть)

Возобновимые-почва, растительность, жив. Мир.

К неисчерпаемым относятся те ресурсы, которые можно использовать неограниченно долго. Например, ресурсы солнечной энергии, ветра, морских приливов.

Проблема исчерпаемости природных ресурсов с каждым годом приобретает все большую актуальность. Это связано как с осознанием факта их ограниченности, так и с интенсивно увеличивающимся потреблением. Темпы роста потребления ресурсов примерно на порядок превышают темпы роста численности населения.

Согласно Б. Скиннеру (1989), при современных темпах роста народонаселения 1,7%вгод оно должно удваиваться через каждый41 год. В то же время добыча золота возрастает на 4% в год и имеет период удвоения 18 лет, потребление минеральных ресурсов увеличивается в среднем на 7% в год, а период удвоения составляет 10 лет.

Подсчитано, что если бы 10-летний период удвоения сохранился до 2213 года, то человечество добывало бы к этому времени примерно 250 биллионов тонн (250 х 1015) ресурсов» что равно массе всей суши. Эксперты предсказывают постепенное выхолаживание кривых потребления минеральных ресурсов.

Особый интерес представляют темпы использования углерод-содержащих ресурсов. В настоящее время ежегодно сжигается столько горючих ископаемых, сколько природа накапливала их за миллионы лет. Согласно одному из прогнозов, при сохранении таких темпов роста использования ископаемого топлива разведанных запасов нефти хватит примерно па 30-40 лет, газа - па 40-45 лет, угля - на 70-80 лет.

Н. Ф. Реймерс (1990) приводит прогнозные данные по срокам исчерпания основных природных ресурсов Каменный уголь и фосфаты будут исчерпаны после 2100 года, марганцевая руда - примерно к 2090 году, бокситы, никель - к 2040 году, медь, молибден, природный газ - к 2020-2030 годам, кобальт, медь, свинец, цинк, асбест, сурьма, ртуть, вольфрам, олово - к 2010-2015 годам.

 

 

Химические загрязнения

Химические загрязнения вызываются химическими загрязнителями. Химические загрязнители могут вы­зывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное, мутагенное и тератогенное действие.

Тяжелые металлы получили свое название благода­ря высоким значениям атомной массы. Они способны накапливаться в растительных и животных тканях, оказывая токсичное воздействие. В небольших количе­ствах некоторые тяжелые металлы необходимы для жизнедеятельности человека. Среди них — медь, цинк, марганец, железо, кобальт, молибден и другие. Однако увеличение их содержания выше нормы вызывает ток­сичный эффект и представляет угрозу для здоровья. Кроме того, существует около 20 металлов, не являю­щихся необходимыми для функционирования организма. Наиболее опасные из них — ртуть, свинец, кадмий и мышьяк. Отравление человека ртутью известно как болезнь Минимато. Воздействие кадмия на организм приводит к нару­шению работы почек и вызывает необратимые измене­ния в скелете. Кадмий представляет собой один из са­мых опасных токсикантов среды. Он опасен в любой форме — доза 30 — 40 мг может оказаться смертель­ной.. Самые ранние симптомы его — поражение почек, нервной системы, половых органов. Позднее возникают острые костные боли в спине и ногах. Типично также наруше­ние функции легких.

Свинец и многие его соединения используются в про­мышленности для изготовления некоторых сплавов, аккумуляторов, припоев, химической аппаратуры, и пр. Основным источником загрязнения среды свинцом яв­ляется автотранспорт (подробнее — см. гл. 5). Попадая в организм, свинец накапливается во многих органах и тканях, создавая депо: большая часть его откладывает­ся в костях, вытесняя соли кальция из костной ткани. Кроме того, он депонируется в мышцах, печени, поч­ках, селезенке, головном мозге, сердце и лимфатичес­ких узлах. Из депо свинец выделяется медленно, иног­да в течение нескольких лет после прекращения контакта с ним. Для свинцовой интоксикации характерна так на­зываемая «свинцовая колика», характеризующаяся рез­ким спазмом сосудов, повышением артериального дав­ления, спастико-атоническими явлениями в кишечни­ке, появлением судорожных припадков. Характерным также является развитие гипохромной анемии.

Не менее опасен и мышьяк. Помимо острого отрав­ления, характеризующегося появлением металлического вкуса во рту, рвотой, сильными болями в животе, раз­витием острой сердечно-сосудистой и почечной недо­статочности и появлением судорог, возможны хрони­ческие интоксикации. Так, потребление воды, содер­жащей более 0,1мкг/л мышьяка, вызывает гиперпигментацию, кератоз и даже рак кожи.

Кроме тяжелых металлов, особо опасными загрязни­телями являются диоксины, которые образуются из хлор и фторпроизводпых ароматических углеводородов, ис­пользуемых при производстве бактерицидных и герби-цидных препаратов. Диоксины практически не выводятся из почвы и водной среды. Они чрезвычайно токсичны для человека и животных даже в очень низких концен­трациях. Вызывают поражение печени, почек, иммунной системы, обладают канцерогенным, тератогенным и мутагенным действием (см. п. 5.4).

Формальдегид выделяется из прессовапных плит, используемых в конструкции настилов полов, шкафов и другой мебели. Обладает выраженным эмбриотокси-ческим действием, а также канцерогенным, тератоген­ным и мутагенным эффектами.

Бензапирен — содержится в загрязненном городс­ком воздухе, выхлопных газах, сигаретном дыме. Яв­ляется сильным канцерогеном.

Группа полициклических ароматических углеводо­родов (ПАУ) образуется при неполном сгорании орга­нических веществ, содержащих углерод и водород (на­пример, при лесных пожарах и вулканических извер­жениях). Но основная их масса образуется при горении мусора, древесины, нефти. Обнаружены в табачном дыме, жареных, копченых и печеных пищевых продуктах. ПАУ насчитывают сотни соединений, они встречаются в воздухе, почве и воде и почти все являются канцеро­генами.

Широкая химизация сельского хозяйства привела к активному применению для борьбы с вредителями сель­скохозяйственных культур различных пестицидов, к которым относятся гербициды, препараты для борьбы с сорняками, инсектициды — с насекомыми, бактери­циды — с бактериями и пр. Все они являются ядохими­катами и при контакте с человеком могут привести как к хроническим интоксикации, так и к острым отравле­ниям. Хлорорганические (ХОС) и фосфорорганические (ФОС) ядохимикаты при поступлении в организм внутрь, а также через дыхательные пути, слизистые и кожные покровы могут вызвать острые отравления, проявляю­щиеся рвотой, резкими болями в животе.

Биологические загрязнения

Чрезвычайно опасными являются биологические загрязнения, которые вызываются патогенными мик­роорганизмами. Такие эпидемии, как холера, оспа, чума вызываются бактериями, грипп, СПИД — вирусами. Недостаточно очищенные и обезвреженные бытовые сточ­ные воды содержат большой комплекс патогенных мик­роорганизмов, вызывающих кожные, кишечные, глис­тные заболевания. Однако бактерии содержатся повсе­местно и жизнь на земле была бы не возможна без этих одноклеточных микроорганизмов, помогающих разла­гать и утилизировать органические остатки.

Более того, существуют непатогенные или условно-патогенные микроорганизмы, которые в качестве био­топа (места обитания) избрали организм человека. Так, полости рта, носа, толстого кишечника, влагалища яв­ляются местом обитания многих микроорганизмов, которые не только не вредят человеку, но и стимулиру­ют его защитные силы, способствуют перевариванию остатков пищи, вырабатывают витамины. Однако пре­вышение нормы при неблагоприятных для человека ус­ловиях (изменение температуры окружающей среды, снижение иммунитета и пр.) количества этих микро­организмов изменяет соотношение микроорганизмов, приводя к дисбактериозу, а это уже болезнь. При этом условно-патогенные организмы, которые в норме явля­ются сапрофитами (такие, как дрожжеподобные гриб­ки — кандиды и некоторые вирусы) вызывают заболе­вания — кандидозы и ОРВИ соответственно.

В ряде случаев случайно переселенные в новые эко­системы животные или растения могут приносить боль­шой ущерб сельскому хозяйству (макробиологические загрязнения).

В отдельную группу стоит отнести лекарственные загрязнения. Некоторые лекарственные препараты даже в терапевтической дозе оказывают неблаготворное вли­яние на организм человека. Такие препараты, как ами­допирин, фенацетин запрещены к производству, так как являются выраженными канцерогенами. Антибиотики тетрациклинового ряда обладают ототоксичеким эффек­том. При неправильном подборе дозы, они, поражая слуховой нерв, вызывают глухоту. А прием тетрацик­лина во время беременности может вызвать глухоту у новорожденного ребенка. Кроме того, многие антибио­тики поражают биоценоз кишечника и других внут­ренних сред организма, вызывая дисбактериозы и кан-дидозы.

К особому виду загрязнений относятся загрязнения внутренней среды организма за счет использования в пищу нетрадиционных продуктов питания, в том чис­ле белка микробного происхождения, выращенного на различном сырье. В качестве микроба-продуцента пред­лагают к использованию условно-патогенные грибы кандида альбиканс, а в качестве среды культивирова­ния — нормальные парафины нефти. В этом случае внут­ренняя среда организма человека может подвергнуться загрязнению нетрадиционными для нее жирными кис­лотами с нечетным количеством атомов углерода, не­типичными для макроорганизма аминокислотами, остаточными количествами среды культивирования, а также антигенными детерминантами микроба-продуцен­та, что может привести к различным заболеваниям, в том числе к кандидозам.

В последнее время широко обсуждается вопрос, свя­занный с загрязнением внутренней среды человека чу­жеродным генетическим материалом, получаемым орга­низмом при употреблении в пищу продуктов, получен­ных с применением технологии генной инженерии.

Эти продукты называются трансгенными. Их полу­чают из растений, в клетку которых вмонтирован чу­жеродный ген. Эти растения ничем не отличаются от своих «собратьев», за исключением одного гена, кото­рый наделяет растение каким-то новым качеством. В частности, благодаря «особому» гену колорадский жук не ест картошку, растения не болеют, помидоры подо­лгу, не перезревая, висят на кусте и т.д.

 

 

Физические загрязнения

Физическим загрязнением называют загрязнение, которое связано с изменением физических параметров среды: шумовых, радиационных, световых, температур­ных, электромагнитных, и т.п.

В настоящее время ученые во многих странах мира ведут различные исследования с целью выяснения вли­яния шума на здоровье человека. Полученные ими ре­зультаты показали, что шумовое загрязнение отрица­тельно воздействует на организм человека, вызывая по­вышенную утомляемость, снижение умственной активности, понижение производительности труда, раз­витие сердечно-сосудистых и нервных заболеваний. По мнению ученых, шум сокращает продолжительность жизни человека в больших городах на 8 — 12 лет. В Древнем Китае существовала даже звуковая казнь за богохульство.

Как показали исследования, неслышимые звуки так­же могут оказать вредное воздействие на здоровье че­ловека. Так, инфразвуки особое влияние оказывают на психическую сферу человека: поражаются все виды интеллектуальной деятельности, ухудшается настрое­ние, появляется ощущение ужаса, растерянности, тре­воги, испуга, страха... По мнению ученых, именно ин­фразвуками, неслышно проникающими сквозь самые толстые стены, вызываются многие нервные болезни жителей крупных городов. Давно подмечено, что жи­вотные начинают беспокоиться задолго до первых при­знаков землетрясения или извержения вулкана. Уче­ные считают, что в основе такого поведения лежат ин­фразвуки, издаваемые подземной стихией, которые и вызывают у животных панику.

Ультразвуки, занимающие заметное место в гамме производственных шумов, также опасны. Механизм их действия на живые организмы крайне многообразен. Особенно сильно их отрицательному воздействию под­вержены клетки нервной системы.

Шум обладает кумулятивным эффектом, то есть аку­стическое раздражение, накапливаясь в организме, все сильнее угнетает нервную систему. Несмотря на то, что со временем развивается привычка к шуму (у людей, связанных с «шумным производством», а также у жителей, чьи окна выходят на проезжую часть улиц, либо чьи дома расположены вблизи железнодорожных вок­залов или аэропортов), фнзиолого-биохимическая адап­тация человека к шуму невозможна. Это означает, что шум совершает свое разрушительное действие, несмот­ря на то, что человек к нему привык и как бы его не замечает.

Шум стал бедствием современного мира и, по мнению ряда ученых, самым нежелательным продуктом техни­ческой цивилизации. По воздействию на организм он иногда даже более вреден, чем химическое загрязнение.

Электромагнитное загрязнение возникает тогда, когда изменяется электромагнитное состояние среды. Оно в основном зависит от совокупности электромагнитных волн. По классификации электромагнитных полей (ЭМП), предложенной Центром электромагнитной безопаснос­ти (ЦЭМБ), электромагнитные поля по их происхож­дению можно разделить на две группы.

К природным источникам относятся: электромаг­нитное поле Земли, космические источники радиоволн (Солнце и другие звезды), процессы, происходящие в атмосфере Земли (молнии, колебания в ионосфере). Человек также является источником слабого электро­магнитного поля.

К искусственным источникам, которые делятся на две группы, относятся:

устройства специально созданные для излучения электромагнитной энергии (радио и телевизион­ные вещательные станции, радиолокационные ус­тановки, физиотерапевтические приборы, системы радиосвязи и т. п.);устройства, не предназначенные для излучения электромагнитной энергии в пространство (линии электропередач и трансформаторные подстанции, бытовая и организационная техника и т. п.)

В современном мире люди постоянно испытывают на себе воздействие электромагнитных полей. Проис­ходит это и днем, и ночью. Достаточно сказать, что мощность радиоволн в крупных городах в 2 миллиона раз превосходит естественный фон, который создает Солнце. Но кроме радиоволн есть и множество других источников электромагнитного излучения - электро­проводка, телевизоры, компьютеры, мобильные теле­фоны, рекламные щиты, высоковольтные линии электропередач, осветительные приборы и т.д.

На значительных территориях Российской Федера­ции напряженность электрических и магнитных по­лей возросла от двух до пяти порядков, создавая тем самым реальную опасность для людей, животного и растительного мира. По мнению экспертов Всемирной организации здравоохранения, сегодня степень элект­ромагнитного загрязнения окружающей среды выходит на уровень, характерный для нынешнего загрязне­ния ее вредными химическими веществами.

Жители крупных городов буквально пронизаны в электромагнитными полями, источники которых мо­гут быть самыми разными. За последние полвека су­точная мощность радиоизлучений возросла более чем в 50 тысяч раз. И это без учета мощности радиолока­ционных станций, принадлежащих различным воен­ным ведомствам.

Широко распространенными источниками электро­магнитных излучений являются радиотелевизионные передающие центры, излучающие в окружающую сре­ду ультракороткие волны высокочастотных и ультра­высокочастотных диапазонов. Причем наиболь­шие уровни облучения людей и других биологических объектов наблюдаются в районах размещения радио- и телепередающих центров с высотой антенной опоры не более 180 метров.

Например, Останкинский телецентр - самая опас­ная технопатогенная зона Москвы. Ее размеры — око­ло 4,5 км в диаметре. Электромагнитные поля обладают очень высокой биологической активностью. Понятно, что неприятно­стей приходится ждать, когда источник излучения воз­действует на человека долго. Но, наверное, не многие знают, что важна еще и частота.

Наиболее уязвимы для электромагнитных полей не­рвная, иммунная и половая системы. Причем вредное воздействие, подобно радиации, с годами накаплива­ется. По крайней мере, эксперименты на животных показали, что при длительном контакте с интенсив­ным источником электромагнитного излучения возни­кают серьезные заболевания центральной нервной сис­темы, лейкозы, опухоли мозга, гормональные наруше­ния. Для людей столь однозначной взаимосвязи обна­ружить пока не удалось, но, тем не менее, врачи насто­ятельно советуют максимально ограничить контакт с сильными электромагнитными полями детей, беремен­ных женщин, людей с хроническими заболеваниями центральной нервной системы, сердца, ослабленным им­мунитетом, аллергиков.

Электромагнитные волны даже низкой интенсивно­сти нарушают «общение» между клетками мозга — ней­ронами. Давно замечено, например, что люди, живу­щие вблизи высоковольтных линий электропередач и ретрансляторов, часто жалуются па раздражительность, нетерпеливость. У некоторых появляется чувство внут­ренней напряженности, суетливость. Нарушаются вни­мание и память. Возникают жалобы на бессонницу и быструю утомляемость, снижается иммунитет, тяже­лее протекают инфекционные заболевания. В крови увеличивается содержание адреналина, интенсивнее свертывается кровь - а это прямой путь к инсультам и инфарктам.

Недавние исследования показали, что электромаг­нитные поля провоцируют аутоиммунные заболевания (к ним относятся псориаз, витилиго, рассеянный скле­роз и многие другие недуги, всего их известно больше двадцати), когда антитела принимают «свои» клетки за «чужие» и начинают их истреблять.

Электромагнитное излучение негативно влияет на половую функцию. Есть сведения, что интенсивные поля могут быть причиной преждевременных родов, нарушений в развитии и даже врожденных уродств, если будущая мама подверглась их воздействию на ранних сроках беременности. У мужчин возможны проблемы с потенцией.

Случаи опасных заболеваний, конечно, происходят нечасто, потому что редко люди по роду своей работы, из-за неудачного места жительства сталкиваются со сверхмощными источниками электромагнитного излу­чения. Но многие все-таки находятся в потенциальной группе риска. Прежде всего - это пользователи ПК. Ведь ни с одним прибором, кроме телевизора, человек не проводит столько времени, как с компьютером (см. п. 7.4).

Кроме того в группе риска находятся пользователи сотовых телефонов. Сегодня ученые однозначно заяв­ляют, что ЭМИ радиотелефона, как и любого другого источника ЭМП, оказывают влияние на здоровье чело­века, находящегося с ним в контакте. Область облуче­ния во время работы сотового телефона — головной мозг. Часто длина волн излучения незначительно превыша­ет линейные размеры головы человека. В этом случае может измениться биоэлектрическая активность раз­личных структур мозга с нарушением функции мозга. Имеются сведения о возможности опухолевого поражения мозга, причем сторона поражения коррелирует с местом приложения сотового телефона. Особому риску подвергаются люди, разговаривающие по сотовому те­лефону внутри автомашины, поскольку металлический корпус автомобиля служит резонатором и многократно усиливает дозу поглощенного излучения.

В то же время нельзя не отметить, что дозированное ЭМИ разных частей электромагнитного спектра исполь­зуется в медицине для диагностики и лечения ряда за­болеваний. Мы не представляем себе жизнь без рентге­новского и ультразвукового обследования, без аппара­тов «УВЧ», *КУФ* и пр. В последнее время находят широкое применение в медицине приборы ядерно-маг­нитного резонанса, лазерная хирургия и другие.

Одним из видов физического загрязнения является ионизирующее излучение. Оно обладает энергией, дос­таточной для того, чтобы выбить один или более элек­тронов из атомов и образовать положительно заряжен­ные ионы, которые, в свою очередь, вступают в реак­цию и разрушают ткани живых организмов. Примерами ионизирующего излучения являются ультрафиолетовое излучение Солнца, рентгеновское излучение, нейтрон­ное излучение, возникающее в ходе реакции ядерного деления и ядерного синтеза, а также альфа-, бета- и гамма-излучение, испускаемое радиоактивными изото­пами. У некоторых веществ все изотопы радиоактив­ные (технеций, прометий, а также все элементы табли­цы Менделеева, начиная с полония и кончая трансура­новыми).

Организм человека постоянно подвергается естествен­ному ионизирующему излучению, источниками кото­рого является космическое излучение и природные ра­диоактивные элементы, присутствующие в воздухе, в почве и в тканях самого организма. Уровни природно­го излучения от всех источников в среднем составляют 100 мбэр в год. В современных условиях человек стал­кивается с превышением этого среднего уровня, что и является радиационным загрязнением.

Воздействие ионизирующего излучения приводит к повреждению клеток человеческого организма двумя способами. Один из них наносит генетические повреж­дения, которые изменяют гены и хромосомы. Другой способ вызывает соматические повреждения: ожоги, выкидыши, гладкие катаракты, раковые заболевания костей, щитовидной и молочной желез, легких.

Ионизирующее излучение вызывает острую и хро­ническую лучевую болезнь, тяжесть которой зависит от дозы облучения (табл. 3.2).

Ионизирующее излучение оказывает мощное мута­генное, эмбриотоксическое и тератогенное воздействие. При этом более чувствительны к нему высокоорганизо­ванные организмы, в том числе человек, а наиболее устойчивыми являются микроорганизмы.

Тепловое загрязнение является результатом повы­шения температуры среды, возникающее при отводе воды от систем охлаждения в водные объекты, при выбросе потоков дымовых газов или воздуха. Тепловое загрязнение водоемов приводит к последовательной смене видового состава биоценоза водорослей. Известны фак­ты, когда сброс теплых вод создавал тепловой барьер для рыб на путях к нерестилищам.

Световое загрязнение создается при нарушении ес­тественного режима освещенности в результате воздей­ствия искусственных источников света, приводит к аномалиям в жизни животных и растений.

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Провести четкую грань между биоценозом, всегда зани­мающим какой-то определенный биотоп, и экологической сис­темой (экосистемой), представляющей собой единство биоце­ноза и биотопа, достаточно сложно.

Экологическая система (экосистема) — совокупность попу­ляций различных видов растений, животных и микробов, взаимо­действующих между собой и окружающей их средой таким обра­зом, что эта совокупность сохраняется неопределенно долгое время. Примеры экологических систем: луг, лес, озеро, океан-Экосистемы существуют везде — в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях- Они по-разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Однако в «поведении г всех экосистем имеются и общие аспекты, связанные с принципиальным сходством энер­гетических процессов, протекающих в них. Одним из фунда­ментальных правил, которым подчиняются все экологические системы, является принцип Ле Шагпелъе—Брауна:

при внешнем воздействии, выводящем систему из со­стояния устойчивого равновесия, это равновесие смеща­ется в направлении, при котором эффект внешнего воз­действия ослабляется.

При изучении экосистем анализируют прежде всего поток энергии и круговорот веществ между соответствующими био­топом и биоценозом. Экосистемный подход учитывает общ­ность организации всех сообществ независимо от местообита-ния. Это подтверждает сходство структуры и функционирова­ния наземной и водной экосистем.

По определению В.Н.Сукачева, биогеоценоз (от греч. blos — жизнь, дё — Земля, ценоз — сообщество) — это сово­купность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганиз­мов, почвы и гидрологических условий) на определенном участке поверхности Земли. Контур биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза).

Термины «экологическая системам и в биогеоценоз» не яв­ляются синонимами. Экосистема — это любая совокупность организмов и среды их обитания, в том числе, например, гор­шок с цветком, муравейник, аквариум, болото, пилотируемый космический корабль. У перечисленных систем отсутствует ряд признаков из определения В. Н. Сукачева, и в первую оче­редь элемент «гео» — Земля. Биоценозы — это только природ­ные образования. Однако биоценоз в полной мере может рас­сматриваться как экосистема. Таким образом, понятие «эко­система» шире и полностью охватывает понятие «биогеоценозд или «биогеоценоз» — частный случай «экосистемы».

Самая крупная природная экосистема на Земле — биосфе­ра. Граница между крупной экосистемой и биосферой столь же условна, как и между многими другими понятиями в эколо­гии. Различие преимущественно состоит в такой характерис­тике биосферы, как глобальность и большая условная замкну­тость (при термодинамической открытости). Прочие же эко­системы Земли вещественно практически не замкнуты.

Биомы — наиболее крупные наземные экосистемы, соот­ветствующие основным климатическим зонам Земли (пустын­ные, травянистые и лесные); водные экосистемы — основные экосистемы, существующие в водной сфере (гидросфере). Иногда в литературе встречается близкая, но менее четкая классификация, прежде всего выделяющая влажные тропиче­ские леса, саванны, пустыни, степи, леса умеренного пояса, хвойные (тайгу), тундру.

Каждый биом включает в себя ряд меньших по размеру, связанных между собой экосистем. Одни из них могут быть очень крупными, площадью в миллионы квадратных километ­ров, другие — мелкими, например, небольшой лесок. Важно то, что любую экосистему можно определить как более или ме­нее специфическую группировку растений и животных, взаи­модействующих друг с другом и со средой. Так, легко выде­лить множество типов водных экосистем (ручьи, реки, озера, лруды, болота и др.) или подразделить океаны на отдельные экосистемы (коралловые рифы, континентальный шельф, абиссаль и т. д.). Четкие границы между экосистемами встре­чаются редко, обычно между ними находится переходная зона сo своими особенностями.

6.1. Структура экосистем

Любую экосистему прежде всего можно разделить на со­вокупность организмов и совокупность неживых (абиотиче­ских) факторов окружающей природной среды. Структура биогеоценоза приведена на рис. 6.1.

В свою очередь экотоп состоит из климата во всех многооб­разных его проявлениях и геологической среды (почв и грун­тов), называемой эдафотопом (от греч. edaphos — почва). Эко­топ — это то, откуда биоценоз черпает средства для существо­вания и куда выделяет продукты жизнедеятельности.

Структура живой части биогеоценоза определяется трофо-энергетическими связями и отношениями, в соответствии с ко­торыми выделяют три главных функциональных компонента:

Рис. 6.1. Структурная схема биогеоценоза (по В. Н. Сукачеву)

комплекс автотрофных организмов-продуцентов, обес­печивающих органическим веществом и, следователь­но, энергией остальные организмы (фитоценоз (зеленые растения), а также фото- и хемосинтезирующие бакте­рии);

• комплекс гетеротрофных организмов-консументов, жи­вущих за счет питательных веществ, созданных проду­центами (зооценоз (животные), а также бесхлорофилль-ные растения);

• комплекс организмов-редуцентов, разлагающих орга­нические соединения до минерального состояния (мик-робоценоз, а также грибы и прочие организмы, питаю­щиеся мертвым органическим веществом). В качестве наглядной модели экологической системы и ее структуры Ю. Одум предложил использовать космический ко­рабль при длительных путешествиях, например, на планеты Солнечной системы или еще дальше. Покидая Землю, люди должны иметь четко ограниченную закрытую систему, кото­рая обеспечивала бы все их жизненные потребности, а в каче­стве энергии использовала энергию солнечного излучения. Та­кой космический корабль должен быть снабжен системами полной регенерации всех жизненно важных абиотических компонентов (факторов), позволяющих их многократное ис­пользование. В нем должны осуществляться сбалансирован­ные процессы продуцирования, потребления и разложения ор­ганизмами или их искусственными заменителями. По сути, такой автономный корабль будет представлять собой микро­экосистему, включающую человека.

6.3. Функционирование (динамика) экосистем

Сложные межвидовые взаимоотношения, определяю­щие функциональную целостность экосистем, отличаются от­носительной «свободой» структурных связей между отдельны­ми компонентами. Виды в составе конкретных биоценозов могут замещаться биологически сходными видами. Неста­бильность абиотических факторов экосистем является причи­ной колебаний состава и функциональных связей в биоцено-зах. Динамичность — одно из фундаментальных свойств эко­систем, которое отражает не только зависимость последних от комплекса факторов, но и адаптивную (приспособительную) реакцию всей системы на эти факторы.

Масштабы времени, в которых выражается динамика эко­систем, различны. Изменения могут иметь суточную или се­зонную ритмичность, продолжаться несколько лет или охва­тывать целые геологические эпохи, влияя на развитие гло­бальной экосистемы Земли.

На стадии зарождения жизни на Земле бурно шли разнооб­разные химические реакции. Синтезировались и вступали в последующие реакции одни вещества, другие разлагались, преобразовывались в иные соединения, причем считают, что весь процесс был мало упорядочен и хаотичен. С возникнове­нием жизни химические процессы постепенно стали подчи состав органических соединений живой ткани, стали передаваться по пищевой цепи от одного звена к другому и в конце концов возвращаться в неорганическую

природу.

Акад. В. И. Вернадский установил закономерность, сфор­мулированную как закон биогенной, миграции атомов:

миграция химических элементов во всех экосистемах, включая биосферу в цепом, либо осуществляется при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), либо протекает в среде, геохимические осо­бенности которой [Од, СО;, Н^ и т, д.) обусловлены живым веществом, как населяющим планету в настоя­щее время, так и действовавшим на Земле в течение всей геологической истории.

Разнообразие организмов, существующих во всевозмож­ных экосистемах планеты, по образному выражению В. И. Вер­надского, образует «живое вещество» Земли. Главной гео­химической особенностью живого вещества является то, что оно пропускает через себя атомы химических элементов, осу­ществляя в процессе жизнедеятельности их закономерную сортировку и дифференциацию. Завершив свой жизненный цикл, организмы возвращают природе все, что взяли от нее в течение жизни.

Малые миграционные потоки химических элементов как между взаимосвязанными организмами, так и между организ­мами и окружающей их средой складываются в более крупные циклы — круговороты. Продолжительность и постоянство су­ществования жизни поддерживают именно круговороты, пото­му что без них даже в масштабах всей Земли запасы необходи­мых элементов были бы очень скоро исчерпаны.

 

 

5. популяция —это элементар­ная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей чис­ленности необозримо длительное время в постоянно изменяю­щихся условиях среды.

Термин «популяция» в настоящее время используют в узком смысле слова, когда говорят о конкретной внутривидовой груп­пировке, населяющей определенный биогеоценоз, и широком, общем смысле, для обозначения обособленных групп вида неза­висимо от того, какую территорию она занимает и какую генети­ческую информацию несет-

Популяция является генетической единицей вида, изменения которой осуществляет эволюция вида- Как группа совместно оби­тающих особей одного вида, популяция выступает первой над-организменной биологической макросистемой. У популяции приспособится ьные возможности значительно выше, чем у сла­гающих ее индивидов. Популяция как биологическая единица обладает определенной структурой и функцией. Структура по­пуляции характеризуется составляющими ее особями и их рас­пределением в пространстве. Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Им свойствен рост, раз­витие, способность поддерживать существование в постоянно ме­няющихся условиях, т. е. популяции обладают конкретными гене­тическими и экологическими характеристиками (табл. 9.1).

9.5. Возрастная структура популяции

Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а иногда и для каждой популяции внутри вида характерны свои соотноше­ния возрастных групп. На эти соотношения влияют общая про­должительность жизни, время достижения половой зрелости, ин­тенсивность размножения — особенности, вырабатываемые в процессе эволюции как приспособления к определенным усло­виям, По отношению к популяции обычно выделяют три экологи­ческих возраста: предрепродуктивный. репродуктивный и пострепродуктивный.

Большой жизненный цикл растений включает все этапы раз­вития особи — от возникновения зародыша до ее смерти или до полного отмирания всех поколений ее вегетативно возникшего потомства.

Проростки имеют смешанное питание за счет как запасных ве­ществ, так и собственной ассимиляции-Д1я них хараетерно наличие зародышевых структур: семядолей, зародышевого корня, побега.

Ювенильные растения переходят к самостоятельному питанию. У них, например бобовых, уже отсутствуют семядоли, но организа­ция еще проста: листья иной формы и размера, чем у взрослых.

Имматурные имеют признаки и свойства, переходные от ювениль-ных растений к взрослым, происходит смена типов нарастания, на­чало ветвления и т. д.

У взрослых вегетативных растений появляются черты типичной для вида жизненной формы в структуре подземных органов. Листья взрослые, генеративные органы отсутствуют.

Мо­лодые генеративные растения развивают генеративные органы. происходит окончательное формообразование взрослых структур. Средиевозрастные генеративные растения отличаются макси­мальным ежегодным приростом и семенной продуктивностью,

Старые генеративные растения характеризуются резким сниже­нием генеративной функции, ослаблением процессов корне- и по­бегообразования. Процессы отмирания преобладают над процес­сами новообразования-

Старые вегетативные растения отлича-гся прекращением плодоношения. У них возможно упрощение жизненной формы, появление листьев имматурного типа. Сениль-иые растения крайне дряхлы, при возобновлении реализуются не­многие почки, вторично появляются некоторые ювенильные черты;

форма листьев, характер побегов.