Т. 1.1. б. Биосфера. Воздействие человека на биосферу

План лекции:

1. Биосфера (понятие, состав, обмен веществом и энергией). Ноосфера. 2. Влияние урбанизации на биосферу. 3. Охрана от загрязнения выбросами хозяйственной деятельности. 4. Роль человеческого фактора в решении проблем экологии. 5. НТП и природа в современную эпоху.

ВОПРОС 1

Биосфера (понятие, состав, обмен веществом и энергией).

· Биосфера – тонкий слой земной поверхности, занимающий всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, населенный живыми организмами.

 

(Биосфера, или как ее чаще называют, окружающая среда, включает две группы компонентов. Живые, или биотические, компоненты составляют растения, животные и микроорганизмы; к неживым, или абиотическим, компонентам относятся: атмосфера, гидросфера, почва, недра,

· (недра - верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых)

климатическая и акустическая среды.

Воздушная среда может быть наружной, в которой человек находится меньшую часть времени (до 10-15%), внутренней производственной, в которой человек проводит примерно треть своего времени (до 25-30%), и внутренней жилой, в которой люди пребывают большую часть своего времени (до 60-70%).

У поверхности земли наружный воздух содержит по объему (%): азота 78,08; кислорода 20,95; инертных газов 0,94; диоксида углерода 0,03. На высоте 5 км содержание кислорода остается тем же, содержание азота увеличивается до 78,89%. У поверхности земли воздух содержит различные примеси (более 40 ингредиентов, чуждых природной воздушной среде; внутренний воздух в жилищах отличается повышенным содержанием диоксида углерода; внутренний воздух производственных помещений имеет примеси, характер которых определяется технологией производства).

Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды сосредоточены в Мировом океане. Площадь поверхности океана в 2,4 раза больше площади суши. Заметные различия в солености и температуре наблюдаются в поверхностном слое воды. А также в окраинных и средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде заметно уменьшается на глубине 50-60 метров. Подземные воды (4,1% гидросферы) могут быть солеными, солоноватыми и пресными; геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30⁰ С). Для производственной деятельности и хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, которая составляет около 3% от общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть содержится в снегах и пресноводных айсбергах в районах Северного и в основном Южного полярного круга. При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, подвергая ее опреснению или гиперфильтрации (пропускают под большим перепадом давления через полимерные мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли). Оба эти процесса очень энергоемки и поэтому дороги. Важное обстоятельство, связанное с водой – через нее передается примерно 80% инфекционных заболеваний.

Почва – верхний слой литосферы, занимает особое место среди природных богатств: дает продукты питания, корм для скота, волокно для одежды, лесоматериалы и т.д. Толщина ее составляет в среднем 18-20 см, в некоторых районах вообще отсутствует (ледники, скалы, вулканические извержения), а кое-где достигает 1,5-2 м. Подсчитано, что создание плодородного слоя почвы толщиной 2-3 см при благоприятных условиях происходит за 200-1000 лет. Главный фактор, характеризующий качество почвы – плодородие. Ее ухудшение возможно в результате действия процессов природного или антропогенного происхождения. Особенно большой ущерб плодородию почв наносит эрозия.

Растительный и животный мир не могут существовать раздельно. В зеленых растениях, благородя фотосинтезу, создается органическое вещество, при этом выделяется кислород. Животный мир вносит значительный вклад в почвообразовательные процессы, состояние водоемов, расселение растений. Звери и птицы служат резервом генетического фонда для дальнейшего выведения ценных пород домашних животных. Животный мир включает более 2 млн. видов, растительный – лишь около 500 тыс.

Недра содержат величайшие богатства Земли, ее минеральные ресурсы. Это полезные ископаемые, которые не способны к самовосстановлению и относятся к исчерпаемым, невозобновляемым. Поэтому необходимо следить за сохранностью запасов полезных ископаемых, обеспечивать охрану месторождений от затопления, не застраивать территорию их залегания.

Климатическая среда – важный фактор, определяющий развитие видов животного и растительного мира, урожайность сельскохозяйственных культур. Большая часть территории нашей страны имеет более холодный, чем в других странах, климат. Косвенно о климате нашей страны можно судить по количеству сжигаемого топлива. Расчеты показывают, что на одного человека в России сжигается в 3 раза больше топлива, чем в среднем на Земле. Эта разница объясняется климатическими условиями, развитость промышленности и транспорта. Она свидетельствует и о существенном загрязнении воздушной среды, которое вызывается сжиганием органических видов топлива.

Акустическая среда – фактор, существенно влияющий на самочувствие людей и животных. Исследования доказали, что повышенный шум неблагоприятно влияет даже на развитие растений. По данным австралийских исследователей шумовое загрязнение, характерное сейчас для больших городов, сокращает продолжительность жизни людей на 10-12 лет.

Все вещества на планете находятся в процессе биохимического круговорота.

Живые и неживые компоненты в различных сочетаниях образуют экологические системы (экосистемы)

^· (Экосистема – функциональное единство организмов и окружающей среды, взаимодействующих друг с другом и сохраняющихся неопределенно долгое время.)

Компоненты экосистемы – организмы (биота) и факторы неживой природы (абиотические) состоят из одних и тех же химических элементов, только у организмов их не более 20, а в неживой природе – более 100. У организмов наиболее важные элементы – углерод, водород, азот, фосфор, сера. Они участвуют в построении сложных органических молекул (белков, жиров, углеводов). В неживой природе простые молекулы, непрерывно взаимодействующие между собой. В процессе роста, разложения и горения идет лишь перегруппировка атомов, а не их изменение.

Неорганическое вещество

Структура экосистемы и потоки вещества и энергии в ней

Целостность

Захороненное вещество

Экосистемам свойственны сукцессии.

· Сукцессия – процесс изменения экосистем.

Так как в экосистеме одни виды могут заменяться другими – в результате, новые виды вытесняют те, которые были раньше – так и происходят сукцессии (зарастание озера – болото – луг).

Ноосфера. (Учение о биосфере развил Владимир Иванович Вернадский (1863-1945 гг.). Он определял биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от +50⁰ до -50⁰ и давлением около 1 атм. Эти условия жизни составляют границы жизни для большинства организмов. Особое место в биосфере занимает человек, разумная деятельность которого в масштабах биосферы способствует превращению последней в ноосферу. Учение о ноосфере имеет трех основателей – видного французского математика Эдуарда Леруа, французского геолога и антрополога Пьера Тейяра де Шардена и российского академика В.И. Вернадского. Термин «ноосфера» впервые был применен Э. Леруа (1870-1954) в 1927 году.

 

· (Ноосфера – новый этап развития биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы).

 

На этом этапе эволюция биосферы происходит под определяющим воздействием человеческого сознания в процессе производственной деятельности людей

Современные научные подходы к трактовке понятия «ноосфера» свидетельствуют о том, что сегодня еще рано говорить о наступлении этапа ноосферы. Скорее биосфера трансформируется в социосферу, и лишь последняя окажется способной перейти в ноосферу. Таким образом, ноосфера – это биосфера будущего).

ВОПРОС 2.

Влияние урбанизации на биосферу (Урбанизация (от латинского слова «urbs» - город) – одно из важнейших глобальных явлений современного мира, затрагивающее все народы и страны.

· Урбанизация – это рост городов и городского населения, повышение удельного веса городов в стране, регионе, мире, возникновение новых систем городов.

Современная урбанизация как всемирный процесс обладает тремя общими чертами:

1. быстрые темпы роста городского населения (в 1990 году доля городского населения от общей численности составляла 13%, а в 2000 году – уже 47,5%);

2. продолжающаяся концентрация городского населения, прежде всего в больших городах (в 1990 году городов – «миллионеров» в мире насчитывалось 10, а в 2000 году стало уже 430);

3. «расползание» городов, расширение их территории, т.е. для современного этапа урбанизации особенно характерен переход от «точечного» города к городским агломерациям, которые трансформируются в еще более крупные образования – мегаполисы.

· Агломерация – скопление поселений вокруг крупного города, тесно связанных с ним в хозяйственном отношении.

· Мегаполис ( Мегалополис (от греческих слов «megas» - большой и «polis» - город)) - слияние городских агломераций и образование сплошного ареала городского заселения.

С точки зрения экологии современный город-мегаполис – очень сложная экосистема, специфика которой определяется не только высокой концентрацией большого количества людей на ограниченном пространстве, но и концентрацией на том же пространстве промышленного производства и производства услуг, а также транспортных средств, включая автотранспорт. Все это приводит к росту антропогенной нагрузки на окружающую среду и усиливает ее засорение.

Город потребляет из окружающей среды огромное количество природных ресурсов, а возвращает в нее отходы своей жизнедеятельности, которые накапливаются в биосфере.

Потребление природных ресурсов. Город потребляет огромное количество энергии. Основные источники энергии для предприятий города, отопления и освещения квартир горожан (за исключением теплоцентралей) расположены за его пределами. Это месторождения нефти, газа, угля, гидро - и атомные электростанции. Кроме того, чтобы накормить одного горожанина, требуется 1 га сельскохозяйственных угодий (включая пашню, сенокосы и пастбища). В России на одного горожанина приходится около 2 га сельскохозяйственных угодий. Собственное производство продуктов питания (теплицы, пригородные сады) в городе незначительно. Город потребляет большое количество воды, лишь незначительную часть которых человек использует непосредственно для своих нужд. Основную часть воды тратят на производственные нужды. Личное потребление воды в городах составляет то 150 до 500 л в сутки, а с учетом промышленности на одного горожанина приходится до 1000 литров.

Загрязнение окружающей среды продуктами жизнедеятельности города. Здесь следует выделить несколько проблем: загрязнение воды, твердые городские отходы, загрязнение атмосферы городов, шумовое загрязнение и электромагнитное излучение.

Загрязнение воды. Использованная городская вода насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов, фенолам и т.д. В России лидерами по сбросу загрязненных сточных вод за 1997 год являются: Москва – 2,4 млн. куб. м (8,7% от общего объема сброса загрязненных вод по Российской Федерации), Санкт-Петербург – 1,5 млн. куб. м (5,6%), Ангарск – 0,539 млн. куб. м (1,9%).

Как правило, водные объекты ниже мест сброса сточных вод классифицируются как «очень грязные» и «чрезвычайно грязные». В настоящее время концентрация загрязняющих веществ в сточных водах коммунально-бытового сектора составляет 1 кг/ куб. м воды.

Очень острой является проблема очистки воды. Объем сточных вод в мире в наши дни составляет 450 куб. км в год, и большую часть этого объема дают города, очищают же не более 50% его.

Твердые городские отходы. Проблема переработки производимых городам твердых бытовых и промышленных отходов до сих пор не решена. Только бытовых отходов жители Москвы производят 13,5 млн. куб. м в год. Обычный метод сбора городских отходов на свалках не является решением проблемы, так как отходов производится все больше, а места, где их можно складировать, становится все меньше. Ежегодно такие полигоны занимают в пригородах Москвы не менее 25 га земли. Кроме того, процесс разложения отходов происходит крайне медленно: бумага разлагается 2-10 лет, полиэтиленовый – 200 лет, пластмасса – 500 лет. Таким образом, проблема уничтожения и переработки отходов является весьма актуальной.

Загрязнение воздушной среды. В загрязнении атмосферы городов одно из ведущих мест занимает автотранспорт. Во многих городах на выхлопные газы автомобилей приходится 30%, а в некоторых – 50% загрязнений воздуха. В Москве за счет автотранспорта в атмосферу поступает около 96% оксида углерод, 33% диоксида углерода, 64% углеводородов. Выхлопные газы автотранспорта остаются в приземном слое атмосферы, что затрудняет их рассеивание. Узкие улицы и высокие здания также способствуют задерживанию токсичных соединений выхлопных газов в зоне дыхания пешеходов.

В состав выхлопных газов автотранспорта входит более 200 компонентов, тогда как нормируются лишь немногие из них (дымность, оксиды углерода и азота, углеводороды). Во многих городах России отмечается превышение предельных нормативов содержания вредных и токсичных веществ в атмосфере. Превышение в 10 раз по целому ряду соединений отмечено в 14 городах, среди которых – Братск, Барнаул, Москва, Тюмень и др.

Повышенное содержание токсичных веществ в атмосфере городов приводит к тому, что над крупными городами происходит образование смога, который представляет собой сложное сочетание пылевых частиц, капель тумана, токсичных газов. Возникая при определенных погодных условиях над крупными промышленными городами, смог вызывает удушье, приступы бронхиальной астмы, аллергические реакции. Печально знаменитый смог 1952 года в Лондоне за несколько дней унес более 4 тысяч жизней.

Шумовое загрязнение. Город является источником не только вредных токсичных веществ, но и физических загрязнителей, к числу которых относят шум. Шумовое загрязнение, наряду с перечисленными выше, является также актуальной для города проблемой, так как приводит к повышенным нервным и психическим нагрузкам на городского жителя. От чрезмерных шумовых воздействий страдают не только человек, но и растительный и животный мир. Шумовая какофония города складывается из многих факторов: грохота железных дорог, шума заводских цехов, рокота строительной техники и т.д. Обычный разговор на расстоянии 1 м создает шум в 65 Дб, звон будильника – 80 Дб, поезд на расстоянии 7 м – 90-93 Дб, взлетающий радиоактивный самолет с 25 м – 140 Дб. Средний уровень шума в 50-тысячном городе составляет 55 Дб.

Под оптимальным шумовым фоном понимают энергию шума 20 децибел (Дб). Неприятные ощущения у человека возникают при уровне шума от 60 до 90 Дб. При 129 Дб появляются болевые ощущения, а при 150 Дб возникает необратимая потеря слуха. За последние 10 лет уровень шума в крупных городах поднялся на 5-8 Дб.

Реакция на шум сильно зависит от особенностей личности, возраста, пола, состояния здоровья, профессии. Громкий звук, отрицательно действуя не только на слух, приводит к нарушению деятельности нервной системы, повышенной утомляемости, ослабляет внимание. Страдает и сердечно-сосудистая система. Наиболее чувствительны к шуму дети. Но и даже войны могут быть сломлены «звуковой атакой». Известен случай взятия таким образом пещерного города Чуфут-Кале в Таврии. Город-крепость, расположенный на обрыве, был практически недоступен. И тогда атакующие татарские войны решили взять город шумом. Они много дней и ночей создавали сокрушительный шум, одни отряды сменяли другие. А те, кто был в крепости, не знали сна и покоя. Они не выдержали такой изнурительной психической атаки и сдали город.

Однако человек всегда жил в мире звуков, и абсолютная тишина ему также вредна, она пугает и угнетает его. При проектировании конструкторского бюро в Ганновере архитекторы предусмотрели все меры, чтобы ни один посторонний звук не проникал в здание: рамы с тройным остеклением, звукоизоляционные панели из ячеистого бетона и специальные пластмассовые обои, гасящие звук. Буквально через наделю сотрудники стали жаловаться, что не могут работать в условиях гнетущей «мертвой» тишины. Они нервничали, уменьшилась работоспособность. Администрации пришлось купить магнитофон, который время от времени включался и создавал эффект «тихого уличного шума». Рабочая атмосфера в бюро не замедлила восстановиться. Однако «обуздание шума» - одна из острейших проблем нашего времени.

 

Шумовое загрязнение

	Уровень шума, Дб		Уровень шума, Дб		Уровень шума, Дб
· Зимний лес в безветренную погоду		· Машинописное бюро		· Тяжелый грузовик
· Шепот		· Салон автомобиля		· Оркестр поп-музыки
· Сельская местность		· Отбойный молоток		· Гром
· Читальный зал		Предельно допустимый уровень	· Взлет реактивного самолета
Допустимый уровень	· Старт космической ракеты
· Выстрел из винтовки
· Выстрел из орудия
Недопустимый уровень

 

Электромагнитное излучение. Кроме естественного магнитного поля (магнитное поле Земли (магнитные бури, связанные с изменением солнечной активности)) в современных условиях появились искусственные электромагнитные поля (ЭМП). Источники ЭМП – радиопередающие устройства, линии электропередач. В настоящее время большая часть населения живет в условиях повышенной активности ЭМП. Установлены нарушения в системах, органах и тканях, а также функциональные изменения в сердечно-сосудистой и эндокринной системах человека. Чаще встречаются электрические поля промышленной частоты (ЭППЧ), вызывающие головную боль, чувство усталости, ухудшение аппетита, раздражительность, ухудшение оперативной памяти, изменение кардио- и энцефалограммы.

Основные источники высокочастотной энергии – радио- и телепередающие центры и радиолокаторы. Поэтому такие центры должны быть размещены за пределами населенных мест. Антенны устанавливаются на насыпях. Не допускается их размещение вблизи жилых и общественных зданий, должны существовать санитарно-защитные зоны, где нет строений).

 

 

ВОПРОС 3.

Охрана от загрязнения выбросами хозяйственной деятельности. (Охрана биосферы от загрязнения является комплексной задачей. Экологическая безопасность общества определяется многими факторами: экономическими, социальными, технологическими и др.

Охрана биосферы осуществляется по двум направлениям:

· совершенствование производственных отношений, т.е. создание действующей системы природоохранных мероприятий;

· совершенствование производительных сил, т.е. создание неразрушающих природу производств.

Совершенствование производственных отношений возможно при сочетании административного и экономического методов.

Административный метод охраны окружающей природной среды предполагает регулирование со стороны государства. Государство через систему соответствующих органов устанавливает правовые нормы, регулирующие экологические отношения, определяет меры и средства осуществления государственного контроля, устанавливает меры юридической ответственности за экологические правонарушения. Административный метод используется для обеспечения управления и поэтому исходит из отношений власти и подчинения.

У нас в стране до принятия Конституции РФ в 1993 году признавалась только государственная собственность на природные ресурсы, что обуславливало преимущественно административный способ управления ими. В Конституции РФ сказано, что «земля и иные природные ресурсы могут находиться в частной, государственной, муниципальной и иных формах собственности» (ст. 9). Признание равноправных форм собственности на природные ресурсы явилось предпосылкой для формирования экономического механизма охраны окружающей природной среды и природопользования.

Экономический метод охраны окружающее природной среды подразумевает усиление рыночных средств воздействия на экологические процессы, предупреждение загрязнений. В России установлена система платежей за природные ресурсы, определены меры экономического стимулирования для предприятий, которые используют ресурсосберегающие технологии или выпускают экологически чистую продукцию (подробнее эти вопросы рассматриваются в разд. 2).

Совершенствование производительных сил достигается технологическими методами, т.е. путем совершенствования очистки промышленных выбросов и переработки отходов производства, создания малоотходных технологий, комплексного использования природного сырья.

Технологические методы направлены на создание неразрушающих природу производств. Основным принципом при создании неразрушающих природу производств является оказание минимального воздействия на окружающую природную среду. Эта задача решается двумя путями:

1. Уничтожение вредных выбросов (очистка и утилизация);

2. Создание малоотходных и ресурсосберегающих производств (подробнее эти вопросы рассматриваются в теме 1.1.в).

Вопрос 4