Текст книги "Экология. Шпаргалка"

9. Антропогенные нагрузки и их измерение

Для изучения антропогенного воздействия на окружающую природную среду необходимы количественная оценка этого воздействия и выявление закономерностей пространственного распределения.

Антропогенная нагрузка – количественная мера антропогенного воздействия на природные экосистемы в виде привнесения, изъятия или перемещения вещества и энергии. Выделяют целенаправленную нагрузку (для поддержания функционирования ландшафта в определенном режиме, например, распашка, внесение удобрений и др.) и побочную нагрузку (в виде различных загрязнений природной среды, разрушения структуры природных комплексов и др.).

Для определения величины нагрузки используют следующие показатели: ресурсоемкость, землеемкость, отходность производства.

По А. Г. Емельянову (2004 г.), ресурсоемкость – показатель, отражающий размеры изымаемого из природы вещества (минерального, органического, воды, воздуха) и энергии.

Землеемкость рассматривают как показатель, определяющий размеры территории, нарушаемой или используемой человеком при том или ином виде деятельности; как пространственную основу развития производства и расселения людей, что условно можно определить как «местоемкость»; как источник возобновимых биологических ресурсов (единственный компонент природы, обладающий плодородием), что связано с превращением естественных территорий в угодья сельского, лесного и промыслового хозяйства.

Отходность – показатель, отражающий размеры поступающих в природу отходов производства и потребления в виде веществ (твердых, жидких и газообразных) и энергии.

Количественным выражением данных показателей могут служить коэффициенты использования ресурсов территории (К_ир) и ее земель (К_из), а также коэффициент привнесения вещества и энергии (К_пв). Они определяются следующими соотношениями:

Большое значение имеет определение нормы нагрузки на ландшафты и экосистемы. Предельно допустимой нагрузкой (критической)считается такая нагрузка, выше которой разрушаются структура и функции природных экосистем.

Характер антропогенных воздействий и величины нагрузок на экосистемы и ландшафты зависят от видов природопользования: сельскохозяйственного, лесохозяйственного, промышленного и др.

Мощным фактором воздействия на природную среду являются горнодобывающая промышленность, различные отрасли перерабатывающей промышленности и энергетика. Так, в России промышленность потребляет около 30 % забираемой из водоисточников воды, сбрасывает 50 % объема сточных вод и выбрасывает в атмосферу 60 % всех загрязняющих веществ.

10. Системы природопользования и их классификация

Системы природопользования – исторически сложившиеся формы взаимодействия человека с природной средой, обусловленные особенностями этой среды и социально-экономической структурой общества. Они формируются под влиянием комплекса факторов: природно-ресурсного потенциала территории, географических, социально-экономических, культурных и исторических условий регионов. Сочетания этих факторов обусловливают большое разнообразие систем природопользования по направлению их специализации, организации производства, величине антропогенной нагрузки на природные комплексы, размерам и экологическому состоянию территорий. В связи с этим предложен ряд классификаций систем природопользования, которые созданы с учетом:

1) господствующей отрасли хозяйственной деятельности;

2) особенностей территориальной структуры систем природопользования;

3) иерархического уровня территориальной структуры;

4) степени адаптивности или деструктивности систем природопользования по отношению к естественной среде (Г. Г. Рунова и др., 1993 г.).

По особенностям территориальной структуры, обусловленной характером связи хозяйственной деятельности с природой, можно выделить следующие основные группы систем природопользования (по А. Г. Емельянову, 2004 г.):

1) фоновые системы, территориально широко использующие природу как продуктивные угодья (сельскохозяйственные, мелиоративные, рекреационные и др.), тесно связанные с зональными свойствами природной среды и нуждающиеся в сохранении и развитии необходимых им воспроизводящих свойств естественных ландшафтов;

2) крупноочаговые системы, образующие ареальные, узловые или групповые типы отраслей природопользования, добывающих, использующих и перерабатывающих природный материал (горная добыча, металлургия, энергетика и др.). В тех ландшафтах, где они размещаются, кроме запасов добываемого сырья, важное значение имеют рельеф и грунты, т. е. ландшафт для них – это место функционирования крупных инженерных сооружений и размещения массовых отходов производства;

3) очаговые системы природопользования. Связаны с размещением населенных пунктов и используют переработанный материал природы для производства так называемой конечной продукции. При этом, как правило, предъявляются менее жесткие требования к природе как к месту размещения производства, но возникают проблемы с переработкой отходов;

4) дисперсные системы – системы, для которых определенное сочетание природных свойств ландшафта – главное условие их размещения в данном месте, включают некоторые виды рекреации, заповедное дело, научные исследования природных объектов, особо тонкие и точные производства в ряде промышленных областей.

11. Водные ресурсы планеты

Гидросфера – одна из оболочек Земли, включающая огромный Мировой океан, проточные и стоячие водоемы, грунтовые воды. Круговорот воды находится в постоянном движении и объединяет все составляющие гидросферы, образуя замкнутую систему «океан – атмосфера – суша». Из общей поверхности планеты вода занимает около 71 %.

Объем воды Мирового океана составляет 1338 млн км³, что составляет 96,5 % всей воды на Земле. Среди остальных источников воды первое место занимают льды Арктики и Антарктики, составляющие 24 млн км³.

Количество воды в реках постоянно меняется и колеблется в зависимости от времени года. По гидрологическим подсчетам русла рек Земли при среднем уровне воды содержат примерно 2120 км³. За год реки выносят в океан более 45 тыс. км³ воды. По континентам водные ресурсы рек распределены неравномерно: в Европе и Азии находится только 39 % мировых речных запасов. Значение рек в истории человеческого общества велико: они служат путями сообщения, являются источником механической энергии, водоснабжения, используются для создания оросительных систем и др.

В озерных водоемах сосредоточено 176,4 тыс. км³ воды.

Атмосфера содержит 12 900 км³ воды в виде водяного пара.

Пресные воды планеты занимают 28 млн км³, из которых только 4,2 млн км³ доступны для хозяйственного использования, что составляет 0,3 % объема гидросферы.

Грунтовые воды составляют 14 % запасов пресных вод и их объем равен примерно 23,4 млн км³. Подземная вода образует водоносные горизонты, пласты и гидрогеологические бассейны. Такая вода чище речной и озерной, так как естественно защищена от проникновения загрязняющих веществ.

Объем ежегодно возобновляемых водных ресурсов может быть приравнен к суммарному годовому стоку рек в океан и составляет 45 тыс. км³ воды в год. Данным количеством воды человечество располагает для удовлетворения своих разнообразных нужд в воде. Речные воды наиболее пригодны для использования человеком, так как они легко доступны и могут ежегодно возобновляться.

Как известно, вода также входит в состав клеток и тканей любого животного и растительного организма, и ее приблизительный объем составляет 1120 км³.

Однако более 98 % всех водных ресурсов составляют воды с повышенной минерализацией, малопригодные для хозяйственной деятельности.

Мировой океан мог бы стать практически неистощимым источником пресной воды, но для этого необходимо разрабатывать эффективные и надежные методы опреснения. Поэтому проблема рационального, комплексного использования пресных водных ресурсов и их охрана являются одной из важнейших научно-технических задач.

12. Природные и антропогенные ландшафты

Ландшафт – природный географический комплекс, в котором все основные компоненты (верхние горизонты литосферы, рельеф, климат, воды, почвы, биота) находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему (В. И. Коровкин, 2003 г.).

По происхождению выделяют два основных типа ландшафтов: природные и антропогенные.

Природные ландшафты образуются только под действием природных факторов. Выделяют следующие природные ландшафты:

1) геохимические – участки, выделенные на основе единства состава и количества химических элементов, соединений. Временной промежуток их накопления в ландшафте или скорость его самоочищения служат показателями устойчивости ландшафта к антропогенному воздействию;

2) элементарные – участки, сложенные определенными породами, находящимися на одном элементе рельефа, в одинаковых условиях залегания подземных вод, с одинаковыми растительными сообществами и одними типами почв;

3) охраняемые – участки, на которых запрещены все или отдельные виды хозяйственной деятельности человека.

По мнению многих современных ученых, сейчас преобладают в основном антропогенные ландшафты.

Антропогенные ландшафты – бывшие природные ландшафты, измененные хозяйственной деятельностью человека. В антропогенных ландшафтах выделяют:

1) агрокультурные, или сельскохозяйственные – большая часть растительности этих ландшафтов заменена посевами и посадками садовых и сельскохозяйственных культур;

2) техногенные – структура их изменена техногенной деятельностью человека, в результате использования технических средств (например, вырубка лесов, загрязнение почв промышленными отходами и выбросами и др.); к техногенным ландшафтам относится также индустриальный, который образуется под влиянием крупных промышленных комплексов;

3) городские – ландшафты современных городов, в которых элементы, внесенные в результате антропогенной деятельности преобладают над естественными (природными). Городские ландшафты часто называют урбанизированными ландшафтами, подчеркивая крайние формы их преобразований и признаки искусственности.

В городах преобладают камень, асфальт, бетон, уменьшается число природных элементов (деревьев, кустарников и пр.), и вследствие этого происходит ухудшение состава воздуха и здоровья людей. Поэтому при проектировании городов необходимо связать в единое целое рельеф местности, водные поверхности, скалистые территории, важно сохранить как можно больше природных участков, положительно влияющих на здоровье человека. Следует отметить, что архитектурно-ландшафтная оценка территории не должна ограничиваться лишь озеленением и обводнением, необходимо формировать ландшафт города в целом.

13. Биосфера. Структура и границы биосферы

Биосфера (от гр. bios — «жизнь», spharia – «шар») – оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы и гидросферу. Понятие «биосфера» в науке появилось во второй половине XIX в. и в буквальном смысле означало учение о существовании живых организмов на Земле. Становление учения о биосфере связано с именами таких выдающихся естествоиспытателей, как Ж. Ламарк, А. Гумбольдт, В. В. Докучаев, К. А. Тимирязев, Н. И. Вавилов, В. Н. Сукачев, А. П. Виноградов и др.

Термин «биосфера» для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью был впервые введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г.

Основоположником современных представлений о биосфере является советский академик В. И. Вернадский (1863–1945).

Биосфера – самая крупная (глобальная) экосистема Земли.

Границы биосферы охватывают полностью гидросферу (водную оболочку Земли) до глубины 12 км и нижний слой атмосферы высотой до 15 км. Нижняя граница биосферы в литосфере проходит, как считают, на глубине до 5 км. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. По новейшим данным «поле существования жизни», ограничено в вертикальном пределе высотой около 6 км над уровнем моря, где сохраняются положительные температуры в атмосфере и могут жить хлорофиллоносные растения-продуценты (6,2 км в Гималаях).

Выше (в эоловой зоне), обитают лишь пауки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром.

Выше эоловой зоны живые организмы могут попасть только случайно (микроорганизмы могут сохранять жизнь в виде спор). Нижний предел существования активной жизни традиционно ограничивают дном океана и изотермой 100 °C в литосфере, расположенными соответственно на отметках около 11 км и, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове – около 6 км (фактически жизнь распространена в литосфере до глубины 3–4 км).

Максимальная толщина биосферы составляет 33–35 км, так как ее границы на материках не опускаются ниже 11 км и не поднимаются выше наибольших плотностей озонового экрана (22–24 км).

Теоретически пределы биосферы намного шире и определяются критическими температурами, при которых вода переходит в пар (при любом давлении) и происходит денатурация белков, а при данных условиях жизнь невозможна. Для биосферы важно:

1) присутствие живого вещества;

2) наличие значительного количества жидкой воды;

3) восприятие мощного потока энергии солнечных лучей;

4) присутствие поверхностей раздела между веществами, находящимися в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной.

14. Роль В. И. Вернадского в формировании современного понятия о биосфере

Современные представления о биосфере базируются на учении В. И. Вернадского (1863–1945). Однако его учение стало активно применяться только во второй половине прошлого века, так как именно в это время начала развиваться глобальная экология, в основе которой лежит понятие «биосфера».

По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает следующие вещества:

1) живое (все живые организмы);

2) биогенное (нефть, известняки и др.);

3) косное (магматические горные породы);

4) биокосное (образованное живыми организмами);

5) радиоактивное;

6) космическое (метеориты и др.);

7) рассеянные атомы.

Все перечисленные типы веществ, несмотря на различия в происхождении, геологически связаны друг с другом.

Основные аспекты учения В. И. Вернадского:

1) «живое вещество» участвует в изменении облика планеты (так как именно живые организмы способны улавливать и преобразовывать солнечную энергию);

2) организованность биосферы проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды;

3) биосфера возникла и развивалась в результате длительной эволюции под действием биотических и абиотических факторов.

Кратко идеи В. И. Вернадского об эволюции биосферы можно представить так:

1) первой сформировалась литосфера, а после появления жизни на суше образовалась биосфера;

2) на протяжении всей геологической истории Земли отсутствуют геологические эпохи, лишенные жизни. Поэтому современное живое вещество генетически связано с живым веществом предыдущих геологических эпох;

3) живые организмы осуществляют миграцию химических элементов из литосферы в гидросферу и почву, обмен элементами между гидросферой, почвой и атмосферой, между сушей и морем, круговорот воды, углерода и других веществ, входящих в состав живого вещества;

4) геологический эффект деятельности живых организмов обусловлен огромным их количеством и длительностью их действия;

5) основным фактором развития биосферы является биохимическая энергия живого вещества.

В. И. Вернадский ввел представление о ноосфере (сфере разумной жизни) как о новой оболочке Земли, так как именно с появлением человека биосфера приобрела новое качество. Деятельность человека является мощным экологическим фактором. Распашка огромных территорий, вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, строительство водохранилищ и т. п. все это существенно сказывается на климате, рельефе местности, составе атмосферы и др.

На учении о биосфере В. И. Вернадского основываются современные представления о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы, а также способы рационального природопользования и охраны окружающей среды.

15. Функциональная целостность биосферы

Целостность любой сложной системы – общая характеристика данной системы или объекта.

Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных. Следовательно, целостность биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями.

Представление о целостности обусловлено глубиной предшествующих познаний об объекте. Так, с экологических позиций представления о целостности организма как индивидуума с большей полнотой можно говорить, рассматривая его на популяционном уровне, а наиболее целостные представления об экологических особенностях популяций можно выявить только на основе их взаимоотношений в биоценозе. Если рассматривать данную цепочку дальше, то окажется, что нельзя получить достаточно целостную картину взаимоотношений сообществ, если не изучать биоценоз в одной системе с биотопом, т. е. мы получим систему с еще большей экологической информацией – биогеоценозу. (В. И. Коровкин, Л. В. Передельский, 2003 г.).

Так как природные экологические системы и ландшафты в целом представляют собой единое энергетическое поле, то целостность биосферы является и целостностью ландшафтной оболочки Земли, и наоборот. Изменения в общей энергетике экосистемы или ландшафта приводят к сопряженным изменениям всех составляющих биосферы в виде цепной реакции (например, изменение температуры или количества осадков).

В качестве примера действия закона целостности биосферы могут служить процессы экологических систем пустыни Атакама. Эта пустыня находится на западном побережье Южной Америки и ее пустынность вызвана холодным Перуанским течением. Известно, что холодные океанские воды богаты зоопланктоном, фитопланктоном и содержат огромное количество рыбы. Но когда от экватора начинает распространяться теплое течение, а это происходит каждые 8—12 лет, экосистема резко меняется: рыбы становится очень мало, что влечет массовую гибель морских видов птиц, питающихся рыбой, а также гибель морских животных (например, морских котиков). Период распространения теплого экваториального течения является еще и периодом тропических ливней, вызывающих наводнения и способствующих размножению и распространению эфемерных растений и многочисленных насекомых. Такое состояние экосистемы продолжается обычно 3–5 месяцев, затем теплое течение уходит к экватору и на его смену приходит холодное Перуанское течение, которое возвращает данную экологическую систему в исходное состояние.

16. Почва. Ее состав, свойства и факторы образования

Одной из составляющих биосферы является литосфера, которая, в свою очередь, подразделяется на почву, горные породы, их массивы и недра.

Почва представляет собой особое природное образование, которое обладает свойствами, присущими живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного изменения поверхностных слоев литосферы при совместном взаимодействии гидросферы, атмосферы и организмов.

Представления о почве как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами появились только в конце XIX в.

Основоположником современного научного почвоведения является В. В. Докучаев. Он разработал новые методы исследования и картографии почв, предложил первую научную генетическую классификацию почв.

Выделяют следующие почвенные горизонты:

1) горизонтА– верхний (темный слой, содержит гумус);

2) горизонт А₂ – элювиальный (пепельный или светло-серый);

3) горизонт В – иллювиальный (бурый);

4) горизонт С – материнская порода, измененная процессами почвообразования;

5) горизонт Д – исходная порода.

Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) фаз.

Основным свойством почвы является плодородие. Плодородие естественных почв определяется факторами почвообразования и оценивается продуктивностью растительности.

Образование почв зависит от следующих факторов:

1) субстрата, или почвообразующих пород; от характеристики субстрата зависят физические свойства почвы (химический и минералогический состав, водный и тепловой режим, тип почвы и др.);

2) растений, основных производителей первичных органических веществ; поглощая углекислый газ из атмосферы, воду и минеральные вещества из почвы и используя световую энергию, они образуют органические соединения, доступные для питания животных;

3) животных организмов, преобразующих органические вещества в почву (например, земляные черви питаются мертвыми органическими веществами, оказывают влияние на состав и мощность гумуса, структуру почв);

4) микроорганизмов (бактерии и вирусы, одноклеточные водоросли и низшие грибы, которые способны разлагать сложные минеральные и органические вещества на простые и доступные для микроорганизмов и высших растений; почвенные микроорганизмы участвуют в разложении токсических продуктов обмена высших растений, животных и собственно микроорганизмов);

5) климата (влияет на водный и тепловой режим почв, а следовательно, и на биологические, физические и химические процессы почвы);

6) рельефа (участвует в процессах распределения тепла и воды на поверхности Земли).