ТОП 10:

Общее представление о биосфере



Учение о биосфере

Общее представление о биосфере

 

Термин «биосфера» был впервые введен в науку австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Э. Зюсс выделил биосферу в качестве самостоятельной оболочки Земли по аналогии с литосферой, гидросферой и атмосферой. основываясь на достижениях естествознания, в 30-х годах 20 века ученик В. В. Докучаева академик В. И. Вернадский (1863–1945 гг.) сформулировал подлинно синтетическую концепцию, положенную в основу целостного учения о биосфере, протекающих в ней процессах, ее строении и функциях. В. И. Вернадский признан создателем этого учения.

биосфера – это оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. В. И. Вернадский понимал под биосферой область существования живого вещества, которое включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Биосфера с позиций концепции В. И. Вернадского, кроме живого вещества, включает также следующие типы вещества: биогенное – вещество созданное и переработанное живыми организмами; косное (в его образовании живые организмы не участвуют – гранит, базальт) и биокосное, которое представляет собой равновесную, динамичную систему, созданную живым и косным веществом (например, почва, природная вода).

В. И. Вернадский представлял биосферу не просто как «пленку» живого вещества на поверхности планеты, а включал в это понятие те пространства земной коры, гидросферы и атмосферы, которые в течение геологической эволюции подверглись воздействию живого вещества. Сюда входят каменный уголь и нефть – ископаемые свидетели «былых биосфер», многие минералы, озоновый слой атмосферы, являющийся производным кислорода, продуцируемого растениями.

 

Рисунок– Структура биосферы

Границы биосферы

 

На суше плотно заселен только нижний слой – от десятков сантиметров до нескольких метров. В атмосфере сфера жизни охватывает тропосферу (нижний слой) и частично заходит в стратосферу. Ограничивающими факторами в распределении организмов в атмосфере служат интенсивное излучение, недостаток влаги, кислорода, низкое парциальное давление. Вероятно, на высоте более 6 км зеленые растения существовать не могут, но некоторые другие организмы встречаются на большей высоте. В покоящемся состоянии (в виде спор, цист грибов, бактерий) организмы могут встречаться на высоте 12–15 км и выше. В гидросфере ограничивающими факторами могут служить большое давление и отсутствие света, начиная с глубины примерно 200 м (в водах с высокой прозрачностью – несколько глубже). Распространение зеленых растений ограничено этими глубинами, но животные, бактерии обитают на разных глубинах. В общем, верхняя граница биосферы поднимается до 20–30 км, а нижняя опускается в океан и недра Земли до глубины 10–15 км и более.

 

Солнечная энергия (свет),

Химическая энергия (энергия химических связей),

3. механическая энергия (работа),

Тепловая энергия (тепло).

Таким образом, на каждом этапе развития живого организма часть потенциальной (запасенной растениями в процессе фотосинтеза) химической энергии, получаемой им в результате питания, позволяет организму осуществлять свои жизненные функции и высвобождается в космическое пространство в виде тепла.

 

Биогеохимический круговорот.

Биогеохимический круговорот – перемещение и превращение химических элементов через косную и органическую природу при активном участии живого вещества. Биогеохимический круговорот является важным показателем интенсивности биологического круговорота, отражая скорость обращения химических элементов.

Различают два типа биогеохимических циклов:

1. круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере.

2. осадочный цикл с резервным фондом в литосфере.

Атмосфера имеет большой резервный фонд и высокую способность к саморегуляции, в отличие от осадочного цикла, который легко нарушается. Это связано с тем, что основная часть химических веществ сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде земной коры. Если изъятие химических элементов в этих циклах происходит быстрее, чем возврат, то какая-то их часть может выбыть из круговорота на длительное время. Механизмы возвращения химических элементов в круговорот основаны главным образом на биологических процессах.

Существенную роль в жизни биосферы играет круговорот биогенных химических элементов: углерода С, фосфора Р, кислорода О, азота N, серы S, водорода Н.

Одни из элементов требуются организмам в относительно больших количествах (макроэлементы), другие тоже жизненно необходимы, но в меньших количествах (микроэлементы).

Круговорот кислорода.

 

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле (58 %). В атмосферном воздухе содержится около 21 весовой % кислорода, в литосфере – 47 %, а в гидросфере – 32%. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Вследствие количественного преобладания и большой окислительной активности кислород предопределяет форму существования химических элементов на Земле. Известно свыше 1400 минералов, содержащих кислород. Энергетические процессы в живом организме основываются на окислительно-восстановительных реакциях. При этом лишь некоторые группы микроорганизмов осуществляют эти процессы без участия кислорода путем гликолиза и брожения. Абсолютное большинство живых организмов получают энергию благодаря аэробному окислению органических веществ. Этот путь энергетически более выгоден. Он связан с закономерными процессами газообмена: постоянным притоком О2 и выносом СО2, образующегося в результате окисления органических субстратов. При такой системе энергетического обеспечения жизнедеятельности организмов кислород приобретает роль важнейшего экологического фактора.

Механизм газообмена заключается в диффузии газов – кислорода и диоксида углерода – по градиенту концентрации. Основная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5 •1015 т, что составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. Относительное постоянство концентрации кислорода в атмосфере поддерживается благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород.

У растений дыхание в отличие от фотосинтеза осуществляется всеми органами и тканями. Кислород проникает в растения через устьица, растворяется в жидкостях клеточных стенок и по градиенту парциального давления проникает в цитоплазму.

У животных диффузионный принцип газообмена лежал в основе формирования специализированных органов дыхания. Для крупных форм это связано с разделением общего процесса дыхания на внешнее (газообмен в дыхательных органах) и внутреннее (газообмен в клетках и тканях). При этом формируется транспортная система (гемолимфа, кровь), функционально объединяющая эти два процесса. Дыхание через поверхность тела без участия транспортной системы эффективно лишь для очень маленьких организмов.

В большинстве случаев у многоклеточных животных сформировались специальные органы внешнего дыхания, связанные транспортной системой со всеми клетками и тканями организма. Принцип таких органов достаточно однообразен: формируются открытые участки покровных эпителиальных тканей, густо снабженные системой кровеносных капилляров. Через эти участки осуществляется диффузия О2 из внешней среды в кровь и СО2 – в обратном направлении.

Кислород также играет важную роль в процессах обмена. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых состоят организмы. В человеческом организме содержится, например, около 65% кислорода.
Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. За счет деятельности зеленых растений и бактерий ежегодно поглощается около 300 млрд. т СО2, выделяется 200 млрд. т О2, синтезируется 150 млрд. т органических веществ. При этом консервируется в форме химической энергии 45•1018 кДж солнечной энергии. Ежегодно потребляемая при фотосинтезе энергия Солнца во много раз превышает количество энергии, потребляемой человечеством. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот кислорода на значительных территориях. Мощным источником кислорода является также фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием УФ солнечных лучей.

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды. Круговорот воды заключается в испарении ее с поверхности суши и водоемов, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана.

Круговорот углерода.

Углерод по распространенности на Земле занимает шестнадцатое место среди всех элементов и составляет приблизительно 0,027% массы земной коры. В несвязанном состоянии он встречается в виде алмазов и графита. Каменный уголь содержит до 90% углерода. В связанном состоянии углерод входит также в разные горючие ископаемые, в карбонатные минералы (доломит, кальцит), а также в состав всех биологических веществ.

Углерод имеет исключительное значение для живого вещества. Тип жизни на Земле обычно называют углеродным, потому, что именно этот элемент составляет ее основу. Углерод в таблице Менделеева стоит под шестым номером и на внешней орбите имеет четыре электрона. Вступая в реакции с другими атомами, углерод заполняет полностью свой внешний электронный слой, образуя прочные ковалентные связи. Значение углерода, как основы жизни определяется тем, что его атомы, как атомы никакого другого элемента способны образовывать прочные связи друг с другом, образуя цепочки и кольца, которые являются скелетом органических молекул. Сочетание цепочек и колец с различным количеством звеньев, содержащих насыщенные и ненасыщенные связи, на которых как на скелете крепятся другие атомы и химические группы, имеющие различные химические свойства дает огромное разнообразие биологических молекул. Эти молекулы являются веществом, из которого строятся живые организмы. Из углерода в биосфере создаются миллионы органических соединений.

Во времена зарождения жизни на Земле и океан, и атмосфера, и климат значительно отличались от современных. Первичная атмосфера Земли характеризовалась почти полным отсутствием кислорода, значительным содержанием окиси и двуокиси углерода, аммиака и сероводорода. Активно шли вулканические и грозовые процессы, поставляющие эти газы в атмосферу. При растворении этих газов в соленой воде океана и взаимодействия между ними происходили процессы химического синтеза органических молекул. В ходе эволюции появились живые клетки, способные к фотосинтезу. В процессе фотосинтеза образуется кислород. Чем больше появлялось растений на планете, тем значительнее изменялся состав атмосферы. Со временем содержание кислорода существенно увеличилось до 21%, а углекислого газа – уменьшилось до 10%.

Атмосферный фонд СО2 в круговороте, по сравнению с запасами углерода в океанах, ископаемом топливе и других резервуарах земной коры, относительно невелик. Углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, ассимилируется и превращается в разнообразные органические соединения. Растительные организмы, особенно низшие микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря исключительной скорости размножения, продуцируют в год около 1,5•1011 т углерода в виде органической массы. Растения частично поедаются животными. В конечном счете, органическая масса в результате дыхания, гниения и горения превращается в углекислый газ или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, каменного угля, нефти и т.д. В процессах распада органических веществ, их минерализации, огромную роль играют бактерии, грибы. В активном круговороте «углекислый газ – живое вещество» участвует очень небольшая часть всей массы углерода.

Между углекислым газом атмосферы и водой океана существует подвижное равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Атмосфера пополняется углекислым газом благодаря процессам разложения органических веществ, карбонатов и т.д. Особенно мощным источником являются вулканы, газы которых состоят главным образом их паров воды и углекислого газа.

С наступлением научно-технического прогресса в сбалансированный поток углерода между атмосферой, материками и океанами начинают поступать в атмосферу большие количества углеродсодержащих веществ, которые не полностью могут связаться растениями. В результате содержание СО2 в атмосфере растет, что ведет к увеличению глобальной температуры на планете, к повышению уровня Мирового океана, а также к неблагоприятным последствиям в сельском хозяйстве.

Помимо диоксида углерода в атмосфере в небольших количествах присутствуют оксид углерода СО и метан СН4. Эти соединения активно включены в круговорот и поэтому имеют небольшое время пребывания в атмосфере: СО – около 0,1 года, СН4 – 3,4 года, а СО2 – 4 года. Оксид углерода и метан образуются при неполном или аэробном разложении органического вещества и в атмосфере окисляются до СО2.

Метан образуется при разложении органического вещества в болотистых местностях и мелководных морях. Накопление СО в глобальном масштабе не представляется реальным, но в городах, где воздух застаивается, имеет место повышение концентрации этого соединения, что негативно влияет на здоровье людей.

Круговорот азота.

Азот входит в состав атмосферы в несвязанном виде в форме двухатомных молекул N2. Приблизительно 78% всего объема атмосферы приходится на долю азота. В количественном выражении это составляет 4•1015 т. Однако ни животные, ни человек, ни растения потреблять молекулярный азот не могут, поэтому он в крайне незначительной степени затрагивается биологическим круговоротом. Общее отношение связанного азота к его количеству в свободном виде составляет 1:1000 000, поэтому азот является наиболее лимитирующим биогенным элементом.

В круговороте азота ключевую роль играют микроорганизмы. Именно они осуществляют основные типы обмена между организмами и средой. Благодаря действию денитрифицирующих бактерий азот постоянно поступает в атмосферу, а под действием азотофиксирующих бактерий возвращается в круговорот.

Из растений фиксировать азот могут только представители семейства бобовых, на корнях которых образуются клубеньки, состоящие из азотофиксирующих бактерий. Считается, что бактерии переводят в связанную форму приблизительно 1 млрд. т азота в год, промышленная его фиксация составляет около 90 млн. т.

Типы организмов, фиксирующих азот:

1. свободно живущие бактерии – Azotobakter и Clostridium (анаэроб);

2. симбиотические клубеньковые бактерии бобовых растений –Rhizobium;

3. цианобактерии –Anabaena, Nostoc и др.

Кроме жизнедеятельности так называемых азотобактерий, другим источником пополнения азотных соединений почвы являются процессы, происходящие в атмосфере. Это электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты.

Из всего азота, который ежегодно усваивается глобальным биотическим сообществом, около 80% возвращается в круговорот суши и воды и только 20% поступает из атмосферы с дождем и в результате фиксации.

В современных условиях человек своей деятельностью оказывает значительное влияние на круговорот азота: увеличивает содержание азота в резервном фонде (сжигание ископаемого топлива, осушение заболоченных земель, обработка почвы и т.д.) и снижает его содержание в атмосфере (выращивание бобовых культур на огромных территориях, техническое связывание азота). Убыль азотных соединений в почве необходимо возмещать соответствующими удобрениями. В основном используют нитрат кальция Ca(NO3)2, нитрат аммония NH4NO3, нитрат натрия NaNO3, и нитрат калия KNO3.

В последнее время наблюдается повышенное содержание нитратов в питьевой воде и пищевых продуктах, главным образом за счет нерационального использования азотных удобрений в сельском хозяйстве. Опасность нитратов для здоровья людей заключается в их способности превращаться в организме человека в нитриты и далее в нитрозамины, которые способны вызывать онкологические заболевания. Большое количество соединений азота попадает в атмосферу с выхлопными газами от транспорта и от промышленных выбросов. Особенно токсичны оксиды азота NO2 и N2O. Они раздражают дыхательные пути, вызывая серьезные легочные и аллергические заболевания. Реагируя с другими веществами оксиды азота, образуют соединения с синергическим эффектом, когда воздействие продуктов реакции на организмы больше суммарного воздействия каждого из реагирующих веществ в отдельности. Например, под действием ультрафиолетового излучения солнца NO2 вступает в реакцию с продуктами неполного сгорания углеводородов. В результате возникает фотохимический смог.

Круговорот фосфора.

Фосфор принадлежит к числу довольно распространенных элементов. Содержание его в земной коре составляет около 0,1 масс.%. Вследствие легкой окисляемости фосфор в свободном состоянии не встречается. Источником фосфора биосферы являются главным образом фосфорит Ca3(PO4)2 и апатит Ca3(PO4)2 • CaF2 (CaCl2), встречающийся во всех магматических породах.

Фосфор, как и азот, необходим всем живым существам, так как входит в состав белков. В растениях фосфор содержится в белках семян, в животных организмах – в белках молока, крови, мозговой и нервной тканях. Кроме того, большое количество фосфора содержится в костях позвоночных животных в виде Ca3(PO4)2 • Ca(OH)2 и Ca3(PO4)2 • CaCO3 • H2O. В виде кислотного остатка фосфорной кислоты фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, которые принимают непосредственное участие в процессах передачи наследственных свойств живой клетки.

В превращениях фосфора большую роль играет живое вещество. Организмы извлекают фосфор из почвы и водных растворов. Усвоение фосфора растениями во многом зависит от кислотности почвы. Естественное пополнение почвы фосфорными соединениями незначительно, поэтому в нее вносят удобрения. Ежегодно в мире добывают около 125 млн. т фосфатной руды. Большая ее часть расходуется на производство фосфатных удобрений.

Механизмы возврата фосфора в круговорот мало эффективны и не возмещают его потерь. Перенос фосфора с морской водой на сушу не компенсирует его поток в море. Деятельность человека ведет к усиленной потере фосфора, что делает круговорот недостаточно замкнутым. Поэтому возврат фосфора в круговорот имеет большое значение для человечества.

Круговорот серы.

Круговорот серы имеет ряд характерных особенностей:

1. обширный резервный фонд в почвах и меньший – в атмосфере;

2. ключевая роль в быстро обменивающемся фонде микроорганизмов, выполняющих определенную работу в окислении или восстановлении;

3. микробная регенерация из глубоководных отложений, в результате которой вверх движется газовая фаза (Н2S).

4. взаимодействие геохимических и метеорологических процессов с биологическими процессами;

5. взаимодействие воздуха, воды и почвы в регуляции круговорота в глобальном масштабе.

Основная доступная форма серы – SO4 2- - восстанавливается автотрофами и включается в белки. Для растений серы требуется меньше, чем азота и фосфора, поэтому лимитирующим фактором она бывает реже. Тем не менее, круговорот серы – ключевой в общем процессе продуцирования и разложения биомассы.

В последнее время на круговорот серы все большее влияние оказывает промышленное загрязнение атмосферы. В связи с неумеренным сжиганием топлива содержание в воздухе H2S и SO2, особенно в крупных промышленных центрах, увеличилось до концентраций, представляющих опасность для важных биотических компонентов экосистем. Особенно большой вред наносит SO2 растениям. Реагируя с водяным паром, он образует серную кислоту, которая выпадает с осадками в виде кислотных дождей. Попав на листовую поверхность, H2SO4 вызывает химические ожоги, что снижает фотосинтезирующую поверхность растений.

 

 

Экология атмосферы

Экология атмосферы

Классификация климата

 

Сочетание климатообразующих факторов в различных географических условиях создает разные типы климата. Классификаций климата имеется много. По классификации В. Кеппена по температурному режиму выделяют 6 классов климата:

 

А. Тропические – среднемесячные температуры больше 17° С в течение всего года.

Б. Субтропические – среднемесячные температуры больше 9° С в течение 8-12 месяцев.

В. Умеренные – среднемесячные температуры больше 9° С в течение 4-7 месяцев.

Г. Субарктические – среднемесячные температуры больше 9° С в течение 1-3 месяцев.

Д. Полярные – среднемесячные температуры ни в одном месяце не превышают 9° С.

Е. Сухие – испарение превышает осадки.

 

При классификации климата Л. С. Берг исходит из ландшафтно-географической зональности. Им предложено 12 типов климата:

 

1) вечного мороза;

 

2) тундр;

 

3) тайги;

 

4) лиственных лесов умеренной зоны;

 

5) муссонный в умеренных широтах;

 

6) степей;

 

7) средиземноморский;

 

8) зоны субтропических лесов;

 

9) внутриматериковых пустынь;

 

10) тропических пустынь;

 

11) саванн;

 

12) влажных тропических лесов.

Лекция 18. Климат, его классификация, глобальные экологические изменения климата

Загрязнение атмосферы

 

Различают естественные и антропические источники загрязнения атмосферы. Естественное загрязнение происходит при извержении вулканов, пыльных бурях, лесных пожарах, других стихийных бедствиях. Антропогенное загрязнение является следствием работы, прежде всего, промышленных предприятий (рисунок 21.3), транспорта, сжигания топлива. Различают физическое и химическое загрязнения. К физическим видам загрязнения относят инфразвук, сильный звук, вибрацию, электромагнитное излучение. В зависимости от частоты звуковые колебания условно подразделяют на инфразвуковые (низкие по частоте), акустические (слышимые), ультразвуковые (высокие). К инфразвуковому диапазону относятся звуковые колебания с частотой ниже 20 Герц. Физиологически наиболее активным для человека является диапазон частот от 2 до 17 Гц из-за резонансных явлений со стороны внутренних органов. Этим объясняются нервно-психические явления, наблюдаемые у человека при действии инфразвуков. Многие нервные болезни, свойственные жителям промышленных городов, вызываются именно инфразвуками, проникающими сквозь самые толстые стены. Источниками инфразвука могут быть естественные факторы – землетрясения, ураганы, морские штормы. Человек подвергается воздействию инфразвука на производстве и транспорте.

Рисунок – Источники загрязнения атмосферного воздуха

 

(по А. С. Степановских, 2004)

 

Инфразвуковые волны возникают при работе компрессоров, турбин, дизельных двигателей, электровозов, кондиционирующих систем, вентиляторов. Направление борьбы с действием инфразвука заключаются в следующем: ослаблении инфразвука в источнике образования, заглушении инфразвуковых волн. Человек всегда жил в мире звуков: плескались волны, шумели леса, гремел гром, свистел ветер. С развитием техники появились новые источники звуков, сила которых росла.

Возникла проблема шума, как антропического фактора. Уровни шума, правильнее уровни звукового давления, измеряются в децибелах (дБ). Человеческое ухо обладает чрезвычайно большим диапазоном чувствительности – от 20 до 120 дБ. Для человека безвреден шум в 20–30 дБ, 80 – допустимая граница, 130 – вызывает болевые ощущения, 150 дБ – непереносимы. В средние века даже существовала казнь «под колокол», звон которого убивал приговоренного. Вместе с тем, взлетающий реактивный самолет на расстоянии 25 м создает шум, равный 140 дБ. Согласно результатам измерений, проведенных в помещениях дискотек, уровень шума в них соответствует силе звука от двигателей реактивного самолета.

Рисунок – Загрязнение атмосферы выбросами

 

промышленных предприятий (по Е. А. Криксунову и др., 1995)

 

Дизельный грузовик на расстоянии 7 м создает шум в 90 дБ, на таком же расстоянии поезд и звон будильника – 90–93 дБ. В квартирах шумнее всего в утренние и вечерние часы (55–60 дБ), когда собираются все члены семьи, включаются бытовые приборы, телевизор. Последствия громкого звука: он отрицательно влияет на слух, приводит к нарушениям деятельности нервной системы, повышенной утомляемости, ослабляет внимание, страдает сердечно-сосудистая система. Наиболее чувствительны к шуму дети. Мероприятия по снижению шума: возможно проведение комплекса мер – работа по упорядочению транспортных потоков, запрещение проезда транзитного транспорта через крупные города, ограничение въезда грузовых автомобилей на центральные улицы, использование устройств по снижению шума двигателей. Из архитектурных средств защиты наиболее распространено зонирование застройки: к проезжей части выносятся учреждения, предприятия, создающие экранирующие эффекты для жилых зданий. Для уменьшения шума применяют также такие экранирующие сооружения, как специальные стены, земляные валы, откосы. Такие «акустические заборы» способны значительно снижать шум: железобетонная стенка высотой в 8 м – на 20 дБ, устройство дороги в выемке глубиной 4,5 м – до 40 дБ. Основой разработки мероприятий по борьбе с шумом являются шумовые карты улично-дорожной сети, которые составляются для крупных городов. Одним из охранных мероприятий является сооружение шумозащитных домов. В таких домах повышается звукоизоляция оконных переплетов с помощью тройного остекления и шумоизоляционных клапанов вместо форточек. Свежий воздух через них проходит, а звуки «запутываются» в системе перегородок. В крупных городах имеются комиссии по борьбе с шумом. Они следят за тем, чтобы заводы и фабрики не создавали повышенного звукового фона, разрабатывают предложения по рациональной организации движения транспорта, по размещению новых предприятий.

Представляет опасность для здоровья вибрация. Источниками вибрации являются транспорт, промышленные установки, инженерно-техническое оборудование зданий. По интенсивности колебаний наиболее воздействует на человека городской рельсовый транспорт, железнодорожные магистрали. Эффективным способом виброзащиты жилых зданий является виброизоляция источника колебаний.

Человек с момента рождения находится под воздействием электромагнитных излучений. На него действует прежде всего магнитное поле Земли. Магнитное поле испытывает кратковременные изменения, и это явление называется магнитной бурей. Геомагнитное поле воздействует на живые организмы. В периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых заболеваний, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонией. Источником электромагнитных излучений является электро- и радиотехника, которая проникает во все сферы человеческой деятельности, в быт. Сильным источником электромагнитных волн служат высоковольтные линии электропередач (ЛЭП). Под такими линиями напряженность электромагнитного поля может достигать нескольких тысяч и даже десятков тысяч вольт на метр. Экспериментальное изучение биологического воздействия электромагнитного поля ЛЭП показало, что его неблагоприятное действие может проявиться при напряженности электрического поля 1000 вольт на метр. Наиболее чувствительна к такому воздействию нервная система, изменение которой влечет за собой напряжение других систем организма, в частности, эндокринного аппарата. Изменяются и обменные процессы. Поэтому электромагнитное поле как биологически действующий фактор подлежит нормированию. Важным источником высокочастотной энергии являются радиотелевизионные и радиолокационные станции. Для защиты населения от их излучения устанавливаются ПДУ (предельно-допустимые уровни) напряженности поля. Мощные радиостанции размещают за пределами населенных пунктов, создают санитарно-защитные зоны. Они должны обеспечивать ПДУ напряженности поля в населенных местах.

При химическом загрязнении наиболее значимое влияние на состав атмосферы оказывают предприятия черной и цветной металлургии, химическая и нефтяная промышленность, стройиндустрия, энергетические предприятия, целлюлозно-бумажная промышленность, автотранспорт. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Вместе с ними выбрасываются соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути, цианистый водород, др. Значительно загрязняют атмосферу выбросы сталеплавильных цехов. Преобладающая часть загрязнений, образующихся при работе мартеновских печей, состоит из триокиси железа (около 70%) и триокиси алюминия (7%). В отходящих газах при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа на 1 т выплавляемой стали. При получении конвертерной стали в составе загрязнений содержится до 80% окиси углерода. Предприятия цветной металлургии загрязняют атмосферный воздух сернистым ангидридом (75% суммарного выброса), окисью углерода (10%), пылью (10%).

Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности загрязняют атмосферу выбросами углеводородов (по данным литературы они составляют 23% от суммарного выброса), сернистого газа (17%), окиси углерода (7%), окислов азота (2%). Особую экологическую опасность представляет разработка месторождений нефти и газа с повышенным содержанием сероводорода. Производство строительных материалов сопровождается выбросами в атмосферу взвешенных веществ (51% от суммарного выброса), окиси углерода (21%), сернистого ангидрида (11%) и окислов азота (9%). Кроме того, в выбросах присутствует сероводород (0,03%), формальдегид (0,02%), толуол (0,02%), бензол (0,01%), пятиокись ванадия (0,01%), ксилол (0,01%). Вокруг заводов, производящих цемент, асбест и другие строительные материалы, сложились зоны с повышенным содержанием в воздухе бензапирена, пыли, в том числе цементной, и других вредных веществ. Опасность представляет и смог (смесь дыма и тумана). Сам по себе туман не опасен для человеческого организма, губительным он становится, только если чрезмерно загрязнен токсическими примесями. Главную опасность представляет содержащийся в нем сернистый газ в концентрации 5–10 г/м3 и выше.

В сельской местности источниками загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные комплексы по производству мяса, предприятия, обслуживающие технику, энергетические и теплосиловые предприятия. Над территориями, примыкающими к помещениям для содержания скота и птицы, в атмосферном воздухе распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие дурно пахнущие газы. В растениеводческих хозяйствах атмосферный воздух загрязняется минеральными удобрениями, пестицидами при обработке полей и семян на складах, а также на хлопкоочистительных заводах.

В общем, в атмосферу поступают различные химические загрязнители. Большую опасность из них представляют тяжелые металлы. В среду металлы попадают из многих источников, наиболее важные из которых – промышленные предприятия, установки для сжигания мусора, ТЭС, работающие на угле, и транспорт. В случае высокой концентрации вредны любые металлы, поскольку они легко накапливаются в пищевой цепи. В последние годы особое внимание экотоксикологии привлекли кадмий, ртуть, свинец, медь и цинк, причем особенно первые три металла.

Химические вещества, присутствующие в атмосфере, действуют на многие растения. При низких концентрациях многие из этих веществ могут даже стимулировать рост, но подавляют или угнетают его при высоких концентрациях. Это распространенное явление именуется hormesis. Отрицательные эффекты могут состоять, например, в опадении листьев, уменьшении продукции семян. Однако разные виды растений имеют разную чувствительность. Лишайники чувствительны к фтористым соединениям, попадающим в воздух при производстве алюминия. Поэтому в окрестностях алюминиевых заводов встречаются очень немногие лишайники. Некоторые виды лишайников очень чувствительны к двуокиси серы. Вероятнее всего, этим объясняется отсутствие древесных лишайников в наиболее загрязненных местах городов и промышленных районах. К двуокиси серы очень чувствительны также некоторые папоротники и грибы. Обычно древесные растения более чувствительны к загрязнителям воздуха, чем травы, а хвойные деревья более чувствительны, чем лиственные. Известно, что смог в Сан-Франциско сказывается на состоянии хвойных деревьев в радиусе 100 км и исключает выращивание цитрусовых в пределах 50 км. Еще в древние времена нарушение растительного покрова вокруг рудников указывало на то, что некоторые металлы ядовиты для растений. При высоких их концентрациях подавляется рост, возможно, вследствие накопления металлов в корнях, что влияет на поглощение питательных веществ. При еще больших концентрациях проявляется такой симптом, как бледность и белая пятнистость листьев, свидетельствующие о нарушении синтеза хлорофилла. Это неизбежно скажется на образовании сахара и крахмала.

Многие виды древесных растений живут в симбиозе с грибами. Эти микоризные грибы, обитающие на корнях и в тканях корней растений, часто очень чувствительны к металлам, имеющимся в почве. Последствия для пораженных деревьев зачастую очень серьезны. Заметную чувствительность к металлам обнаруживают лишайники, грибы и микроорганизмы. Многие микроорганизмы выполняют важную роль в разрушении органических веществ в почве. Поэтому повышенные концентрации металлов в почве будут замедлять разложение отмерших растений и животных организмов.

Химические загрязнители вызывают многие нарушения у животных, например, органические соединения ртути, ДДТ и другие могут вызывать мышечные дисфункции. Нарушения пищеварения, обмена веществ и (или) ухудшение аппетита тоже могут приводить к ослаблению мышечных функций через уменьшение доступной энергии. Такие эффекты наблюдались при появлении ртути, ПХБ (полихлорированные бифенилы) и пентахлорфенола в пище. Чтобы оптимально выполнять свои функции, мышцы должны получать правильные нервные сигналы. Однако высокие концентрации ДДТ и подобных веществ подавляют нервные функции, что грозит понижением мышечной работоспособности.

Известно, что многие хлорорганические загрязнители, например, диоксины, некоторые ПХБ, возможно и ДДТ, понижают эффективность функционирования иммунной системы. Так, катастрофическое состояние популяции балтийских тюленей отчасти может быть вызвано именно ухудшением иммунной системы.







Последнее изменение этой страницы: 2016-08-10; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.80.144.129 (0.026 с.)