Объект исследования в экологии

Основной объект изучения экологии – экосистемы планеты всех уровней и их элементы. «Экосистема – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом».

Однако не каждый комплекс живых организмов и окружающей среды является экосистемой. Ею является такое взаимодействие организмов со средой, которое характеризуется стабильностью, устойчивостью во времени. Как правило, природные экосистемы складываются в процессе длительной эволюции. Различают:

I. микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро и др.), макроэкосистемы (континент, океан) и глобальную экосистему (биосфера Земли).

II. Экосистемы естественные (лес,озеро, океан и др.) и искусственные (аквариум, пшеничное поле и др.).

III. Наземные и водные экосистемы.

Понятию «экосистема» близок термин «биогеоценоз» - исторически сформированный взаимообусловленный комплекс живых (биоценоз) и неживых (биотоп, экотоп) компонентов определенного участка земной поверхности, связанный между собой обменом вещества и энергии. Различают два основных типа биоценозов: естественный и антропогенный. Первый тип – это биотическое сообщество, в функционировании которого отсутствует влияние деятельности человека. Второй тип (или агробиоценоз) – это неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей (поля, искусственные пастбища, сады, виноградники и т. п.).

Жизнедеятельность биогеоценоза определяется растительностью (фитоценозом). В ней аккумулируется солнечная энергия, под воздействием которой протекают все химические и физиологические процессы. Энергия солнца накапливается только на первом энергетическом уровне – в земных растениях. Остальные уровни служат лишь для дальнейшей передачи и использования этой энергии. Поэтому именно земные растения называют продуцентами.

* Продуценты – это автотрофные (самопитающиеся) организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию, т.е. синтезирующие органические вещества из неорганической среды (это земные растения, микроскопические водоросли и др.).

* Консументы – это гетеротрофные организмы, которые потребляют первичную продукцию и накопленную в ней энергию, т.е. для них продуценты представляют собой единственный источник питания. Они бывают 1 порядка (растительноядные), 2 порядка (плотоядные), 3 порядка (хищники) и т.д.

* Редуценты (деструкторы) – это гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки в процессе деструкции до неорганических соединений (бактерии, грибы, микроорганизмы)

14.Важнейшими проявлениями кризисной экологической ситуации в мире являются возникновения таких глобальных экологических проблем, как: озоновая «дыра», «парниковый эффект», «кислотные дожди».

Озоновая «дыра» - значительное пространство в озоносфере планеты (на высотах от 20 до 25 км –в стратосфере) с пониженным (до 50 %) содержанием озона.

Впервые проблема озоновой «дыры» поставлена в 80 – х годах XX в. (по отношению к Антарктиде и в меньшей степени – к Арктике, Северной Африке). Причины возникновения озоновой «дыры» пока не совсем ясны. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение. Последнее более вероятно. От выбросов фреонов (хлорфторуглеродов – ХФУ), применяющихся в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки сжигания ракетного топлива и др.), происходит разрушение молекул озона вследствие химических реакций с атомами хлора и фтора, освобождаемых при распаде молекул химических веществ (ХФУ).

Среди естественных причин происхождения озоновой «дыры» рассматриваются: сведение лесов как продуцентов кислорода; естественная изменчивость озоносферы; циклическая активность Солнца; рифтогенез и дегазация Земли, т. е. прорыв глубинных газов - водорода, метана, азота через рифтовые разломы земной коры.

Истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Многие из ХФУ могут сохраняться в атмосфере сотни лет.

Последствия снижения концентрации озона:

* ослабление способности атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения;

* увеличение солнечных ожогов, заболеваний людей раком кожи, глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т.д.;

* потеря способностей растений к фотосинтезу, снижение урожайности культур;

* гибель фитопланктона в океане (совокупности живущих в океане микроскопических водорослей), разрыв трофических цепей биоты водных экосистем и т. д.

По данным международной экологической организации «Гринпис» основными поставщиками ХФУ являются США, Япония, Великобритания и Россия. Согласно международным протоколам предусматривается значительное снижение выбросов ХФУ. Монреальский протокол (1985 г) «Об охране озонового слоя» позволил снизить использование озоноразрушающих веществ с 1,1 млн. т в 1986 г.до 156 тыс.т в 1998 г.

«Парниковый эффект» (возможное потепление климата)

* постепенное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере антропогенного углекислого и др. газов (метана, фреонов, оксида азота и др.), которые аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли.

Источники основных парниковых газов в атмосфере Земли

Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере привело к тому, что по сравнению с доиндустриальным периодом (концом IX столетия) повышение средней глобальной температуры воздуха к 2025 году может достигнуть 2,2-2,5ºС (Будыко и др.,1989). В докладе Международной группы ООН по проблемам климатических изменений прогнозируется рост температуры на Земле на 2-4º к 2100 году.

В случае удвоения концентрации СО2 в атмосфере изменение средних температур на 3-4º ученые предсказывают уже к середине XXI века.

Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением на Земле после ледникового периода, и значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. Это связано, прежде всего, с повышением уровня Мирового океана (вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д.). Повышение уровня океана всего лишь на 0,5-2,0 м к концу XXI века приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, заболачиванию обширных территорий и т.п.

По линии ЮНЕСКО осуществляется Международная программа «Глобальная система наблюдений за уровнем моря» (ГЛОСС), которая поможет в будущем уменьшить негативные последствия значительного повышения уровня Мирового океана на прибрежные экосистемы.

В 1977 г. принят Киотский протокол, согласно которому промышленно развитые страны к 2008-2012 годам должны сократить выбросы в атмосферу парниковых газов по меньшей мере на 5 % по сравнению с уровнем 1990 года. Протокол также определяет механизмы, позволяющие осуществить это решение. Конкретные детали этих механизмов были оговорены на конференции в Гааге в ноябре 2000 года, где было решено, что в каждой индустриальной стране должна проводиться национальная политика по сокращению выбросов. В частности, отмечалось, что сокращение выбросов не должно подменяться использованием естественных поглотителей СО2 - лесами. Многие страны заявляют о сокращении выбросов, засчитывая естественное поглощение углерода зрелыми лесами и почвами как результат их собственных усилий.

16.02.2005 г. Киотский протокол вступил в действие, несмотря на нератификацию его Индией, Австралией, Китаем, США (население США – это 1 % численности населения мира, но при этом страна выбрасывает в атмосферу 25 % планетарного объема парниковых газов). Основной объем работы по сокращению выбросов парниковых газов к 2012 году будет зависеть от 39 стран.

Окисление природной среды – это еще одна из важнейших экологических проблем. «Кислотные дожди» образуются при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют разбавленную серную и азотную кислоты. В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число pH ниже 5,6).

Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе – pH = 2,3, в Китае - pH = 2,25. Фактически атмосферная влага с таким значением pH является кислотой.

«Кислотные дожди»: 1) негативно отражаются на состоянии экосистем; 2) значительно снижают урожайность сельскохозяйственных культур (хлопчатника, томатов, винограда, цитрусовых и др.) – в среднем на 20-30 %. При pH = 3,0 почвы становятся практически бесплодными;

3) особенно активно ускоряют в Канаде, Швеции, Норвегии и Финляндии закисление озер (значительная часть выбросов серы в США, ФРГ и Великобритании выпадает на их территории). Озера становятся практически безжизненными; 4) ускоряют коррозию металлических конструкций, зданий и т. д.,а также наносят серьезный ущерб памятникам мировой культуры (Колизею в Риме и др.).

Таким образом, проведенный анализ современной экологической ситуации указывает на основного виновника ее кризисного состояния – антропогенные воздействия на окружающую среду (АВОС), что требует выяснения данного понятия.

АВОС

Планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, по мере распространения новых технологий (охота – земледельческая культура – промышленная революция) все в большей степени стала испытывать влияние новых небывалых по силе, мощности и разнообразию, воздействий. Называются они антропогенными, поскольку вызваны человеком. Антропогенное воздействие на окружающую среду - это любой процесс изменений природы, обусловленный деятельностью человека

Антропогенное воздействие характеризуется понятием «антропогенная нагрузка» - величиной прямого или опосредованного антропогенного воздействия на природную среду в целом и на ее отдельные компоненты. По расчетам специалистов, антропогенная нагрузка на природную среду удваивается каждые 10-15 лет. Антропогенная нагрузка (АН) – степень прямого и косвенного воздействия населения в процессе хозяйственной деятельности на природный комплекс и его отдельные компоненты

Различают следующие виды антропогенной нагрузки, основными показателями которых являются:

Антропогенная нагрузка может быть оптимальной, предельной (максимально допустимой) и деструкционной (гибельной).Анализ экономических последствий антропогенных воздействий позволяет разделить все их виды на положительные и отрицательные (негативные).Воспроизводство природных ресурсов, восстановление запасов подземных вод, полезащитное лесоразведение, рекультивация земель на месте разработок полезных ископаемых и др. – это примеры положительного воздействия человека на биосферу. Отрицательное (негативное) воздействие человека имеет самые разнообразные и масштабные последствия: вырубки леса на больших площадях, истощение запасов пресных подземных вод, засоления и опустынивания земель, резкого сокращения численности, а также видов животных и растений и так далее. Воздействие человека на природу Землисводится к четырем главным формам:

1) Изменение структуры земной поверхности (распашка земель, вырубка лесов, осушение болот, создание искусственных водоемов и водотоков и т.п.).

2) Изменение химии природной среды, круговорота и баланса веществ (изъятие и переработка полезных ископаемых, размещение отходов производства в отвалах, на полигонах, в атмосферном воздухе, водных объектах)

3) Изменение энергетического (в частности, теплового) баланса в пределах, как отдельных регионов земного шара, так и на планетарном уровне

4) Изменение в составе биоты (совокупности живых организмов) в результате истребления одних видов животных и растений, создания других видов (пород), перемещения их на новые места обитания (интродукция, акклиматизация ) Воздействие человека на окружающую природную среду может быть как прямым, так и опосредованным (косвенным) Непреднамеренное изменение природной среды в результате цепи природных реакций, каждая из которых влечет за собой изменение других, связанных с нею первичных или вторичных явлений, вследствие хозяйственных мероприятий называется опосредованным (косвенным) воздействием на природу (например, подтопление территорий при создании водохранилищ). Большинство элементов окружающей среды (земля, лес, растения), как правило, подвергаются воздействию опосредовано. Основными объектами прямого воздействия являются атмосфера и вода. Прямое воздействие на природу – это непосредственное, не всегда планируемое и желаемое изменение природы в процессе хозяйственной деятельности человека. Среди прямых воздействий на природу различают ант р опическое, антропогенное, аддитивное, куммулятивное, синергическое.

Антропическим (от греч. Antropos – человек) воздействием называется непосредственное влияние человечества на процессы в окружающем его мире; оно сопровождается уменьшением популяций различных видов, приводит к нарушению равновесия между отдельными популяциями и загрязнению окружающей природной среды.

Антропогенное воздействие – это воздействие, оказываемое хозяйственной деятельностью на среду и ее ресурсы

Совокупное воздействие нескольких загрязнителей (химических, физических) называется аддитивным. Так, загрязнение атмосферного воздуха от теплоэлектроцентралей усугубляется шумом энергетических установок, электромагнитными и ионизирующими излучениями.

Кумулятивным воздействием называется воздействие химического вещества или другого действующего агента, связанного с его накоплением.

Синергическое воздействие (от греч. «syn – вместе, «ergon» - работать) – комплексное воздействие нескольких факторов, при котором общий эффект оказывается иным, чем при суммировании воздействия каждого фактора порознь.