Тема № 12. Антропогенные факторы возникновения неустойчивости в биосфере

План лекции: Влияние человека на состояния природных ресурсов. Глобальные экологические проблемы, связанные с загрязнением атмосферы, гидросферы и литосферы. Опустынивание.

С возникновением человека, форм его деятельности (собирательство, охота, скотоводство, земледелие, промышленная революция), орудии и средств труда (техники, технологии, на совершенствования и развития) биосфера, адаптированная к воздействию естественных природных факторов, стала все больше испытывать влияние новых по разнообразию, силе и мощности деятельности человека.

Под антропогенным воздействием понимают деятельность человека, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других интересов, вносящих физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую среду. Б. Комменером (1974) приводится следующие виды вмешательства человека в экологические процессы: укрощение экосистем и разрыв биологических циклов;концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения;рост числа ядовитых отходов от химических производств;введение в экосистему новых видов;появление генетически измененных растений и животных.

Антропогенные воздействия на окружающую среду могут быть:

- целенаправленными, осуществляемыми человеком для решения конкретных задач и достижения поставленных целей (строительство ГЭС, ТЭЦ, АЭС, водохранилищ, каналов, разработка полезных ископаемых, прокладка ЛЭП, водо-, газо- и нефтепроводов) и неосознанными или непроизвольными (подтопление после застройки, не возобновление заросли тростника после скашивания, засоление почвы в результате интенсивного полива и др.);

- прямыми, когда деятельность человека непосредственно воздействует на тот или иной фактор окружающей среды. Например, распахивая целину человек, оказывает прямое влияние, прежде всего на растительность – на место многовидовых, устойчивых сообществ создает маловидовые и неустойчивые агроценозы, продуктивность которых завесит от вложения человеком энергии в виде современной агротехники и технологии, борьбы с сорняками, вредителями и возбудителями болезней возделываемых сельскохозяйственных культур, внесения удобрений;

- косвенными, если деятельность человека воздействует на тот или иной фактор через другой фактор. Так, человек при распашке целины уничтожает растительность, служившей кормом, местом размножения, убежищем для многих наземных и почвенных организмов, вынуждает их переселяться на новые местообитания.

На основе анализа последствий антропогенные воздействия на окружающую среду делят на положительные и отрицательные. К положительным антропогенным воздействиям на окружающую среду относятся: полезащитное лесоразведение, воспроизводство природных биоресурсов (растений, животных, птиц, рыб, насекомых и др.).Отрицательные воздействие деятельности человека на окружающую среду проявляется в различной форме и масштабах с различной скоростью (выброс в атмосферу опасных для организмов газов, слив сточных вод, разрушение местообитаний, истребление животных, растений и др.).

Основная и распространенная форма воздействия деятельности человека на окружающую среду – это ее загрязнение. Источниками антропогенных загрязнении любых видов организмов, является промышленные и энергетические предприятия, сельскохозяйственное производство, транспорт; добыча, разработка, транспортировка и переработка минеральных и энергетических ресурсов (уголь, нефть, газ, уран и др.). Загрязнителями окружающей среды могут быть и природные процессы, например, вулканический пепел, селевые потоки, пыльные бури, цунами и др.

Загрязнителями атмосферы могут быть как естественные, так антропогенные факторы. Естественные загрязнители атмосферы – это извержение вулканов, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым степных и лесных пожаров и др. Антропогенное загрязнение атмосферы связано с деятельностью человека – это выбросы ТЭЦ, АЭС, котельных, нефте- и газоперерабатывающих заводов, предприятий по производству строительных материалов, пестицидов, удобрений, химикатов, разлив нефти и нефтепродуктов, шум, электромагнитные волны, радиация и др.

По агрегатному составу выделяют: газообразные (диоксид серы, оксиды азота и улероды), жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей) и твердые (органическая и неорганическая пыль, смолистые и канцерогенные вещества, свинец, его соли) загрязнители атмосферы.

Главные загрязнители атмосферы – поллютанты (диоксид серы – SO₂, оксид азота – NO₃, окись углерода – СО₂ и твердые частицы) образуются в процессе производственной деятельности человека.На их долю приходится 98% от общего объема выбросов вредного вещества в атмосферу. Мировой выброс поллютантов в атмосферу в 1998 году составил 401 млн. тонн. Кроме основных загрязнителей в воздухе населенных пунктов, поселков и городов содержатся еще более 70 различных веществ, среди которых много очень опасных для жизни токсичных веществ: формальдегид, аммиак, бензол, соединения свинца и др. Источниками этих опасных для жизни живых существ токсичных веществ является ТЭЦ, транспорт, промышленные и производственные предприятия, предприятия, выпускающие химические вещества, строительных материалов, пестицидов, удобрений и тд.

Для жизни живых существ и здоровья человека наиболее опасны радиоактивное загрязнение атмосферы долгоживущими изотопами при ядерных взрывах и авариях на АЭС. Приземной слой атмосферы загрязняют АЭС и при нормальной их эксплуатации, выбрасывая радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли.

Тепловые станции (ТЭЦ), котельные установки промышленных предприятий и жилых домов при сжигании твердого или жидкого топлива выбрасывают в атмосферу дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и неполного сгорания (оксиды углерода, серы, азота и др.) Объем современных энергетических выбросов в атмосферу очень велик и постоянно растет в связи с появлением новых городов, населенных пунктов и промышленных предприятий. Например, ТЭЦ мощностью 2,4 млн. квт. Сжигает в сутки до 20 тысяч тонн угля и выбрасывая за это же время в атмосферу 680 т SO₂ и SO₃, 120-140 т твердых частиц в виде золы, сажи и пыли, 200 т оксидов азот. Перевод ТЭЦ на жидкое топливо (мазут) снижает выброс золы в атмосферу, но не уменьшает выбросы оксидов серы и азота, а при переводе на газ в 3-5 раза уменьшает выброс, чем при топке мазутом и углем. Котельные установки промышленных предприятий и жилых домов мало выделяют оксид азота, но выбрасывают много продуктов неполного сгорания. При этом из-за небольшой высоты дымовых труб выбрасываемые токсичные вещества в большом количестве концентрируются вблизи установок.

Предприятия черной и цветной металлургии загрязняют атмосферу широким спектром вредных и токсичных для живых организмов и здоровья человека веществ. Так, при выплавке одной тонн стали в атмосферу выделяется 0,04 т. твердых частиц, 0,03 т. окислов серы и до 0,5 т. оксида углерода, в небольших количествах такие опасные загрязнители атмосферы, как марганец, фосфор, свинец, мышьяк, пары ртути и др.; парогазовые смеси из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и др.

Выбросы химического производства в атмосферу не велики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), но из-за большого разнообразия, высокой концентрации и токсичности они представляют угрозу всей биоте и здоровью человека. Химические предприятия выбрасывают в атмосферу оксид серы, соединения фтора, аммиака, хлористые соединения, сероводород, неорганическую пыль.

Автотранспорт, насчитывающий в мире несколько сотен миллионов машин, сжигая большое количество нефтепродуктов, сильно загрязняет атмосферу. На его долю приходится до 80% от общего объема выбросов. Выхлопные газы машин в своем составе содержат такие канцерогенные и токсичные вещества, как бенза-α-перин, нитрозосоединения, альдегиды, оксиды азота и углерода, особо опасные соединения свинца. Наибольшее количество вредных веществ машины выделяют при не отрегулированной топливной системе.

Интенсивно загрязняют атмосферу самыми различными веществами добыча и разработка минерального сырья (урана, нефти, угля, газа), сжигание мусора и свалок, горение торфа, пород в отвалах; птице-свино-животноводческие комплексы; зверофермы; комплексы по переработке животноводческого сырья и рыб, распыление гербицидов, пестицидов, внесение удобрений и т.д.

Биоты и человек являются и потенциальными жертвами трансграничных загрязнении. Трансграничных загрязнения – это перенос ветром вредных веществ с территории одной страны на территорию других стран. Например, в 1994 году на территорию России выпало 1204 тысяч тонн соединений серы перенесенные ветром из Украины, Германии, Польши и других стран. В результате аварии на Чернобыльской АЭС часть радиоактивной пыли с территории Украины перенесена на территорию Скандинавских стран и России; соленая пыль с поверхности высохшего дна Аральского моря переносится ветром на территорию ряда стран Юго-Восточной Азии (Пакистан, Индия, Индонезия).

Последствия загрязнения атмосферы. Загрязненная атмосфера как среда жизни и фактор окружающей среды воздействует на биоту и человека прямо и косвенно, немедленно (быстро) и постепенно. Например, высокая концентрация оксидов углерода и азота в атмосфере приводит к быстрой гибели птиц и насекомых, а радиоактивное загрязнение атмосферы действует на живые организмы постепенно, разрушая сначала структуру клеток, органов, а затем жизнедеятельность организма в целом.

Локальное загрязнение атмосферы поллютантами чревато серьезными последствиями. Так, оксиды серы, выделяемые в атмосферу ТЭЦ, АЭС, котельными, транспортом, при сжигании топлива, соединяясь с парами воды атмосферы, образуют серную кислоту, разрушающую легочную ткань животных и человека.

Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные веще­ства, но и токсичные тяжелые и легкие металлы — свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или обра­зующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма нега­тивным последствиям.

Ярким примером негативного воздействия кислотных осад­ков на природные экосистемы является закисление озер. Закисление озер опасно не только для популяций различ­ных видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но час то влечет за собой постепенную гибель планктона, многочис­ленных видов водорослей и других его обитателей. Озера ста­новятся практически безжизненными.

Американские ученые, изучавшие связь легочной патологии с концентрацией диоксида серы в атмосферном воздухе крупных городов выявили, что при содержании в атмосфере диоксида серы (SO₂) до 0,049 мг/м² заболевают 8,1 % населения, при от 0,150 до 0,349 мг/м² – 12 %, при содержании в атмосфере более 0,350 мг/м² – 43,8 %.

Даже незначительные выбросы в атмосферу свинца, бенза-α-перина, фосфора, кадмия, кобальта, мышьяка угнетают нервную систему, вызывают, злокачественные опухли, снижают сопротивляемость организмов к инфекциям; соединения свинца и ртути вызывают мутацию и генетических изменений в клетках. К тяжелым последствиям (нарушению дыхания, кровообращения) от кашля до гибели организмов и человека приводит ядовитая смесь дыма (автотранспорта), шума и пыли – смог.

Осажденные мелкие частицы кремнезема, оксида серы проникают в дыхательные органы животных и человека, вызывая тяжелое заболевание легких – силикоз.

Антропогенные выбросы в атмосферу загрязнителей высокой концентрации, в больших объемах и в течение длительного периода наносят непоправимый вред экосистемам, биосфере:

- разрушает местообитание организмов (растений, животных, микроорганизмов, бактерий);

- приводит к гибели многих видов организмов;

- к переселению многих видов организмов на новые местообитания;

- к разрушению структуры клеток, тканей, органов;

- замедляет рост и развитие организмов;

-ослабляет иммунную систему организмов, их сопротивляемость к патогенным и болезнетворным микроорганизмам, бактериям и вирусам.

Тяжелые по­следствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли - смог. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-андже­лесский тип).

Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промыш­ленных городах при неблагоприятных погодных условиях (от­сутствие ветра и температурная инверсия). Температурная ин­версия проявляется в повышении температуры воздуха с высо­той в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300-400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстрой­ству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти.

Лос-анджелесский тип смога, или фотохимический смог, не менее опасен, чем лондонский. Возникает он летом при ин­тенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насы­щенный, а вернее перенасыщенный выхлопными газами авто­мобилей. В Лос-Анджелесе, выхлопные газы более четырех миллионов автомобилей выбрасывают только оксидов азота в количестве более чем тысяча тонн в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с образованием новых высокотоксичных за­грязнителей - фотооксидантов (озон, органические переки­си, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения.

В настоящее время наблюдаемое изменение климата, кото­рое выражается в постепенном повышении среднегодовой тем­пературы, начиная со второй половины прошлого века, боль­шинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» - диоксида углерода (СО₂), метана. Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают «парниковый эффект». Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхность Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого газа выросла 25%, а метана – 100%. Это сопровождалось глобальным повышением температуры. Так, за 80-е годы средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом 19 века на 0,5-0,6°С. Потепление может привести к интенсивному таянию ледников и повышению на 0,5-1,5 м уровня Мирового океана, при этом окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные районы. Однако при общем увеличении количества осадков в центральных районах материков климат может стать более засушливым. Например, в 80-90-х годах 20 в. в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые связывают с глобальным потеплением.

С антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя, который является защитным экраном. Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. В 1987 г. зарегистрирована расширяющаяся год от года (темпы расширения – 4% в год) озоновая дыра над Антарктидой (выходящая за контуры материка) и менее значительное аналогичное образование в Арктике. Исследованиями в течение 1969-1986 гг. установлено, что наибольшее уменьшение общего количества озона наблюдалось в зимние месяцы. Ученые считают, что одной из причин истощения озонового слоя является применение людьми хлорфтроуглеродов (фреонов), которые широко используются в быту и производстве аэрозолей, пенообразователей, растворителей и т.д. В 1990 г. мировое производство озоноразрушающих веществ составляло более 1300 тыс. т. Хлорфторуглероды, попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание увеличивается ежегодно на 5 %. Предполагается, что одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение лесов как продуцентов кислорода на Земле.

Загрязнение гидросферы. В связи с ростом антропогенного воздействия на природу и ее ресурсы, в том числе и воду, в значительной степени утратили свои защитные свойства и способности к самоочищению и загрязняются. Под загрязнением воды понимают снижение ее биосферных функций и экологического значения в результате поступления вредных веществ. Загрязнение воды проявляется в изменении физических и органолептических свойств (изменение прозрачности, окраски, запаха, вкуса и т.д.); увеличение содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсических тяжелых металлов; сокращение растворенного в ней кислорода; появление радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и т.д.

Вода считается загрязненной, если допустимая норма превышает хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, обще-санитарному и органолептическому.

В настоящее время из-за загрязнения или засорения около 70 % рек и озер СНГ утратили свои качества как источники питьевого водоснабжения и в результате около половины населения потребляют загрязненную недоброкачественную воду.

Воду загрязняют около 400 видов веществ. По характеру загрязняющих веществ различают физические, химические, биологические, тепловые загрязнения.

Физическое загрязнение воды – это загрязнение ее взвешенными твердыми частицами (песок, глина, ил, шлам), изменение прозрачности, цвета, запаха, вкуса и подвижными радиоактивными элементами (стронций -90, уран, радий – 226, цезий и др.), попадающими в водоемы при сбрасывании и захоронении радиоактивных отходов.

Химическоезагрязнение воды – это стойкое и далеко распространяющийся ток загрязнения. К химическим загрязнителям вод относятся нефть и нефтепродукты, синтетические поверхностно активные вещества (СПАВ), пестициды, тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий), диоксины и др. Химическое загрязнение по характеру загрязнителей может быть органическим (фенолы, нафтановые кислоты) и неорганическими (соли, кислоты, щелочи), а по оказываемому на организм действию – токсичным (соединения свинца, ртути, кадмия, мышьяка и др.) и нетоксичными. Хотя при оседании на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т. д., но загрязненные воды полностью от них не самоочищаются.

Биологическое загрязнение воды – это загрязнение воды бактериями, вирусами, простейшими, грибами (плесневые, дрожжевые), водорослями и др., носит временный характер.

Источники загрязнения воды. Тепловое загрязнение воды – это смешение холодных глубинных вод с более нагретыми поверхностными или техническими водами. Например, на площадке Кольской АЭС (Россия), расположенной за полярным кругом, через 7 лет после запуска температура подземных вод вблизи главного корпуса повысилась с 6°С до 19°С. Повышение температуры воды приводит к изменению ее газового и химического состава, что в свою очередь ведет к интенсивному размножению анэробных бактерий, росту количества гидробионтов, образованию ядовитых газов – сероводорода, метана; к развитию микрофлоры и микрофауны, способствующих к возникновению других форм загрязнений. По санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3°С летом и 5°С зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12-17 КДЖ/м³.

Поверхностные воды загрязняют: сброс в водоемы не очищенных сточных вод, слив ливневыми осадками ядохимикатов, газодымовые выбросы, утечки нефти и нефтепродуктов. Коммунально-бытовые сточные воды, поступающие в водоемы в большом количестве из жилых и общественных зданий, столовых, прачечных, больниц и др., преимущественно загрязняют органическими веществами и микроорганизмами, которые могут вызывать бактериальное загрязнение воды.

Промышленные сточные воды загрязняют экосистему разнообразными веществами в зависимости от специфики предприятия. Объем этих сточных вод постоянно растет в связи с введением в эксплуатацию новых предприятий.

Большое количество таких загрязняющих вод веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др. смываются с сельскохозяйственных площадей и животноводческих комплексов. Эти вещества в водоемы и водотоки попадают без какой-либо очистки, поэтому имеют высокую концентрацию.

Значительную роль в загрязнении вод играют газодымовые соединения в виде пыли, аэрозолей, сажи, дыма и др., непосредственно оседающие из атмосферы на поверхности водоемов и водосборных бассейнов. Так, плотность аммонийного азота на Европейской части России составляет 0,3 т/км², серы – 0,25-2,0 т/км².

Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на прибрежных нефтепромыслах, при сбросе с судов балластных вод, при разрыве нефтепроводов и т.д.

Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и подземные воды. Загрязнение подземных вод, прежде всего, характерно крупным промышленным центрам. Источники и пути загрязнения подземных вод разнообразны. Они загрязняются при просачивании промышленных и хозяйственных бытовых стоков из отстойников, хранилищ, прудов – накопителей; по затрубному пространству скважин; через поглощающие скважины, карстовые воронки; при внедрении минерализованных (соленные и рассолы) подземных или морских вод при эксплуатации водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.

Загрязнение подземных вод отрицательно влияет на состояние поверхностных вод, почв, растительности, атмосферы.

Под влиянием загрязняющих веществ, в пресноводных экосистемах нарушается пищевая цепь организмов, круговорот веществ и энергии; снижается темп роста и развития гидробионтов, их плодовитость, нередко гибнут. Так, водные обитатели озера Байкал (Россия) в процессе длительной эволюции приспособлены к естественному фону химических веществ протоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным водам химических веществ и соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей, кислот и др.), поступающих в процессе антропогенного воздействия, что привело к обеднению гидробионтов, уменьшению биомассы зоопланктонов, гибели значительной части популяции байкальской нерпы.

В результате загрязнения происходит эутрофирование водоемов (от греческого «eutrophia» - хорошее питание). Эутрофирование – естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, протекающий медленно и постепенно, но с ростом антропогенного воздействия скорость его резко увеличилась и возникла антропогенная эутрофикация, связанная с поступлением в водоемы большого количества биогенных веществ – азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и др., что способствует интенсивному росту и развитию растений, резкому увеличениюбиомассы фитопланктона, благодаря массовому размножению сине - зеленых водорослей, вызывающие «цветение» воды, изменяя ее прозрачность, цвет, запах и вкус. Часть поступающих органических веществ в результате неполной минерализации накапливается в данных отложениях водоемов и окисляясь создают дефицит кислорода в придонных слоях водоема и приводят к замору организмов. Все это ухудшает условия жизни гидробионтов, уменьшает их видовое разнообразие, снижает способность биот и экосистем к саморегуляции и устойчивости. Ныне антропогенной эутрофикацией охвачены такие крупные озера мира, как Великие озера (в Америке), Балатон (в Венгрии), Ладожское и Женевское (в России и Швейцарии), Балхаш (в Казахстане), водохранилища и речные экосистемы. Так, многие малые реки покрываются катастрофически растущей биомассой сине-зеленых водорослей при одновременном зарастании их берегов высшей растительностью.

Загрязнение океана. Скорость поступления загрязняющих веществ в Мировой океан постоянно возрастает. Ежегодно в океаны сбрасываются до 300 млрд./м³ сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. В результате антропогенного воздействия морские экосистемы загрязняются химическими токсикантами, нефтяными углеводородами (особенно бензоперином, пестицидами, тяжелыми металлами (свинец, ртуть, кадмий и др.)). Многие из этих элементов, аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи приводят к гибели консументов даже высоких уровней, в том числе и наземных животных, морских птиц. Как отмечает академик Ю. А. Израэль (1985), последствия загрязнения морских экосистем таковы: нарушение устойчивости экосистем, прогрессирующая эутрофикация, накопление химических токсинов в биоте, появление «красных» приливов, снижение биологической продуктивности, возникновение мутагенеза и канцерогенеза в морской среде, микробиологическое загрязнение прибрежных районов моря.

Морские экосистемы могут противостоять вредным воздействиям химических токсикантов до определенного предела, используя накопительную, окислительную и минерализующую функции гидробионтов. Например, двустворчатые моллюски способны аккумулировать один из токсических пестицидов – ДДТ, а при благоприятных условиях – выводить его из организма. Выявлено, что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам. Они способны продуцировать сероводород, внеклеточные экземпляры и другие вещества, которые, взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в более токсичные формы.

Истощение воды. Для здоровья человека неблагоприятны последствия не только использования загрязненной воды, но и контакта с ней (купание, ловля рыбы, стирка и др.). Воздействие загрязненной воды на человека может проявляться непосредственно при питье или контакте, или же в результате биологического накопления по пищевым цепям: вода – планктон – рыба – человек, или вода – почва – растения – животные – человек и т.д.

Истощение вод – это недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимального допустимого стока (для поверхностных вод). Истощение вод приводят к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушению сложившихся экологических связей в системе «человек - биосфера».

Причины истощения подземных вод:

- мощный водозабор в течение длительного времени. Так, в 90-е годы в СНГ подземными водозаборами отбирались более 125 млн/м³ воды в сутки, что привело к образованию под крупными городами (Москва, Санкт – Петербург, Киев, Харьков и др.) депрессивных воронок (понижений) глубиной до 80 м, с радиусом до 20 и более км; приводит к значительному сокращению речного стока и прекращению деятельности родников, ручьев и малых рек; осушению разнообразной растительности, иссушению леса, гибели гидрофильной растительности, ускорению сукцессионных процессов; медленному оседанию и деформации земной поверхности; затоплению прибрежных районов;

- длительный неконтролируемый самоизлив артезианских вод из скважин.

Истощение поверхностных вод связано с: возрастающим загрязнением вод; снижением способности водоемов к самоочищению; истощением запасов подземных вод; снижением родникового стока, поднимающего водотоки и водоемы; загрязнение, обмеление, истощение и исчезновение малых рек в результате непродуманного хозяйственного использования водных ресурсов: изъятие на хозяйственные нужды большого количества воды из водоемов, рек, например, неконтролируемый забор воды из Амударьи и Сырдарьи для полива хлопковых полей привел к высыханию Аральского моря, а высохшее дно моря стало источником загрязнения воздуха пылью и солью.

Академик РАН Б. Н. Ласкорин по поводу трагедии Аральского моря высказался так: «мы остановились у самого края пропасти…..Арал губили можно сказать целенаправленно. Существовала даже некая антинаучная гипотеза, по которой Арал считался ошибкой природы. Якобы он мешал осваивать водные ресурсы Сырдарьи и Амударьи (говорили, что забирая их воду, Арал испаряет ее в воздух). Сторонники этой идеи не думали ни о рыбе, ни о том, что Арал – центр оазиса».

Осушение Арала привело к гибели всех его обитателей: фитопланктона, рыб, водной и прибрежной растительности, гидробионтов, к миграции животных, птиц и т.д. Высохшее дно моря стало крупнейшим источником загрязнения атмосферы пылью и солью. В дельте Амударьи и Сырдарьи на месте погибших тугайных лесов и зарослей тростника с большим разнообразием обитателей возникли солончаки, малопригодные для существования живых организмов.

Для восстановления Аральского моря, нормализации экологической, санитарно – гигиенической и социально – экономической обстановки в Приаралье необходимы эффективные совместные усилия государств, Средней Азии и Казахстана по перестройке экономики этих стран: отказ от возделывания водоемких сельскохозяйственных культур, сокращение орошаемых площадей.

Создание крупных водохранилищ, особенно равнинного типа, путем перегораживания русла водотоков плотинами резко ухудшает или прекращает естественное производство осетровых, лососевых, приводит к заиливанию дна, снижает биоразнообразие, продуктивность, устойчивость экосистем и т. д.

Для защиты поверхностных вод от засорения, загрязнения и истощения необходимо исключить попадание в поверхностные водоемы и реки мусора, твердых отходов, остатков лесосплава; развивать малоотходные технологии, внедрять оборотное водоснабжение; очистка сточных вод, закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты.

Для защиты подземных вод, необходимо предотвращать ее загрязнения и истощения путем регулирования режима водозабора, рационального размещения водозаборов по площади, введение кранового режима эксплуатации самоизливающихся артезианских скважин.

Загрязнение литосферы. Почва один из важных составляющих природы, основная экологическая функция которой обеспечение ее плодородия. Она формируется в результате взаимодействия живого вещества с неживым веществом биосферы и служит материально-энергетической основой существования всего живого.

Человек, ежегодно отчуждая с полей основной урожай (в виде зерна, овощей и корнеплодов) и побочный урожай (виде соломы, листьев, ботвы), частично или полностью разрывает круговорот веществ, нарушает ее способность к саморегуляции, снижает плодородие, ухудшает ее физические, химические и биологические свойства. И она начинает деградировать, т.е. ухудшать все свои свойства. Особенно интенсивно деградируют почвы агросистем. Основная причина – бедный или упрощенный их видовой состав, не обеспечивающий саморегуляцию, постоянства структуры и продуктивность; не позволяющий им противостоять отрицательному воздействию абиотических и биотических факторов. Если в природных экосистемах их устойчивость, саморегуляция и продуктивность обеспечивается действием естественных законов, то в агросистемах они зависят от человека, от уровня его агрономических и технических знаний, от его технической вооруженности, от культуры агротехники и земледелия, социально-экономических условий.

Деградация почвы, ее причины. Основные формы антропогенного воздействия на почву – это ее эрозия (ветровая и водная), загрязнение, вторичные засоления и заболачивание, опустынивание, отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.

Эрозия почвы (от латинского «erosio» - разъединение) – разрушение и снос верхних и наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению, называются эродированными. К эродированным процессам относят промышленную эрозию (разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке карьеров), военную эрозию (траншеи, воронки, капониры), пастбищную эрозию (интенсивный выпас скота на песчаных почвах) ирригационную эрозию (прокладка каналов, оросительных систем). Но основной разрушитель почв – это ветровая и водная эрозия, которыми соответственно охвачены 34 и 31% поверхности суши. В засушливых районах Земли ветровой эрозией охвачено 60% сельскохозяйственных земель. Любая эрозия отрицательно влияет на состояние почвенного покрова, нередко разрушает его полностью, снижает биологическую продуктивность растений, урожайность сельскохозяйственных культур (пшеницы, хлопка и др.).

Ветровая эрозия или дефляция почв - это выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром. Интенсивность ее зависит от скорости ветра, устойчивости почвы, наличия растительного покрова, особенности рельефа, антропогенного воздействия (уничтожение растительности, нерегулируемый выпас, нарушение агротехники и др.).

Различают ветровую эрозию и пыльные бури. Ветровая эрозия проявляется в виде поземок и столбов пыли при небольших скоростях ветра. Пыльные бури возникают при сильных ветрах, со скоростью 20-30м/сек и более. Наиболее часты они в засушливых районах (сухие степи, полупустыни и пустыни). Пыльные бури безвозвратно уносят самый плодородный верхний слой почвы толщиной до 10см; способны развеять за несколько часов до 500т почвы с гектара, загрязняя при этом атмосферу, водоемы; засыпая оросительные канавы, образуя земляные валы вдоль полезащитных лесопосадок, железнодорожных путей ухудшая здоровье человека. На территории СНГ сильные пыльные бури неоднократно возникали в Н. Поволжье, на С. Кавказе, в низовьях р. Дон, на юге Украины. Ныне крупнейший источник пыли – высохшее дно Аральского моря, откуда ветром переносится до 90 млн. тонн пыли в год и Черные Земли (Калмыкия).

Водная эрозия почв – это разрушение почвы под воздействием временных водных потоков. Различают плоскостную, струйчатую, овражную, береговую форму водной эрозии. Причиной водной эрозии почвы могут быть как природные, так и антропогенные факторы. Антропогенными причинами водной эрозии почвы являются: тяжелая почвообрабатывающая техника, разрушающая структуру почвы, чрезмерный выпас скота.

Среди всех форм водной эрозии наибольший вред окружающей среде и почве приносит овражная эрозия. Она уничтожает сельскохозяйственные земли, интенсивно смывает плодородный почвенный покров, заиливает реки и водохранилища, создает расчлененный рельеф.Площадь оврагов на территории Русской равнины составляет 5 млн. га, а ежегодная потеря от развития оврагов достигает от 100 до 200га.

Поверхностные слои почвы, интенсивно загрязняются различными токсическими химическими соединениями высокой концентрации, пагубно влияющими на жизнедеятельность микроорганизмов, бактерий и почвенных беспозвоночных. Эти соединения способствуют потере почвой способности к самоочищению от патогенных и болезнетворных организмов, что чревато тяжелыми последствиями для растительности, животных и человека. Например, в сильно загрязненных почвах возбудители тифа и паратифа могут сохраняться до полутора лет, в незагрязненных почвах от 2-х до 3-х суток.

Загрязнение почвы, основные ее загрязнители. Основные загрязнители почвы – это пестициды, минеральные удобрения, отходы и отбросы производства и быта, газодымовые выбросы, нефть и нефтепродукты.

В мире ежегодно производится более миллион тонн пестицидов, влияние которых на состояние живых организмов и здоровье человека ученые приравнивают к воздействию радиоактивных веществ. Достоверно установлено, что при применении пестицидов наряду с некоторым увеличением урожайности возделываемых культур растет и видовой состав вредителей, ухудшаются пищевые качества и сохранность продукции, утрачивается естественное плодородие почвы, происходят глубокие изменения всей экосистемы, действующие на все живые организмы, в то время как человек использует пестициды для уничтожения определенного числа видов; в результате происходит интоксикация большого числа видов (насекомых – опылителей, птиц, животных и т.д.), вплоть до их исчезновения.

Наибольшую опасность среди пестицидов представляют стойкие хлорсодержащие соединения (ДДТ, ГХБ, ГХБГ), которые могут сохраняться в почве в течение многих лет и даже малые их концентрации подавляют иммунную систему организмов, в больших концентрациях оказывают выраженные мутагенные и канцерогенные действия: вызывают быстрый рост злокачественных новобразований; представляют серьезную опасность для здоровья будущего поколения.

Таким образом, загрязнение почвы пестицидами многократно превышает пользу от их применения. Растительный покров очень чувствителен к пестицидам не только в местах их применения, но и в местах удаленных от них. В растение пестициды проникают из загрязненной почвы через корневую систему, накапливаются в биомассе, передаются через пищевую цепь другим организмам, заражая их. При распылении пестицидов особенно страдают популяции насекомых (пчел, шмелей), певчих и перелетных птиц (дроздов, жаворонков и др.), нарушается воспроизводящая система организмов. При длительном использовании пестицидов развиваются резистентные (устойчивые), расы вредителей; способствуют появлению новых видов вредных организмов, естественные враги которых были уничтожены.

Почву загрязняют и минеральные удобрения при использовании их в неумеренных количествах. Из азотных, суперфосфатных и других типов удобрений в почву в больших количествах поступают нитраты, сульфаты, хлориды при их производстве, транспортировке и хранении.

Б. Комманер (1970) установил, что при самых благоприятных условиях из всего количества азотных удобрений растениями поглощается - 80%, а в среднем - 50%, что приводит к нарушению биологического круговорота азота, фосфора и других элементов. Последствием этого нарушения является эутрофия водоемов.

Большое количество нитратов снижает содержание кислорода в почве и увеличивает углекислый газ, что способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов – закиси азота и метана; нитраты опасны и для человека; неумеренное применение минеральных удобрений закисляют почву.

Почву интенсивно загрязняют отходы и отбросы быта, производства, занимая большие площади в виде свалок, золотоотвалов, хвостохранилищ.Нормальному функционированию почвы вредны и газодымовые выбросы промышленных предприятий.Почва обладает способностью накапливать весьма опасные для жизни организмов и здоровья человека, загрязняющие вещества. Например, вблизи ртутного комбината содержание в почве ртути из-за газодымовых выбросов может постепенно повышаться до концентрации в сотни раз превышающих допустимые нормы. Повышенное количество свинца содержат почвы в непосредственной близости автодорог. На территории России около 0,4 млн. га площади загрязнены кадмием, медью, свинцом, еще больше площади загрязнены радиоактивными изотопами в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Серьезными загрязнителями почвы становятся нефть и нефтепродукты из-за аварии, намагистральных и внутрипромысловых нефтепроводов, из-за устаревшей технологии добычи и переработке нефти, из-за аварийных технологических выбросов, из-за аварии при транспортировке. Так, из-за загрязнения мазутом на Тюменском севере России оленьи пастбища сократить на 12,5% или на 6 млн. га.

Значительную угрозу для живых организмов и здоровья человека представляет загрязнение почвы различными патогенными организмами, которые могут проникать в организмы через цепи питания: человек – почва – человек, животные – почва – человек, почва – человек.

Человек в результате своей деятельности усиливает засоление почвы. Оно развивается при неумеренном поливе в засушливых (аридных) районах и называется вторичным засолением. В мире вторичному засолению (осолонцеванию) подвержены около 30% орошаемых земель. Засоление почвы ослабляет круговорот веществ, из состава биогеоценозов выпадают многие виды растений, животных, микроорганизмов, бактерий и др. появляются новые виды – галофиты; усиливается миграция, ухудшается генофонд популяции.

Заболачивание, как форма деградации почвы, характерно переувлажненным районам Земли (в России – нечерноземной зоне, Западной Сибири, зоне вечной мерзлоты и др.). Заболачивание происходит в результате оглеения почвы, накопления неразложившихся мертвых органических остатков. Заболачивание, снижает агрономические свойства почвы, производительность лесов, продукцию и качество кормовых растений.

Опустынивание земель, его последствия. Опустынивание земель – это глобальное проявление деградации почвы и природы в целом. По определению Б.Г. Розанова «Опустынивание – это результат необратимого изменения почвы и растительности, снижения биологической продуктивности, который в энтермальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню». В мире опустыниванию подвержено более 1 миллиарда га земли почти на всех континентах. Причины и факторы опустынивания различны. Выделяют природные (длительная засуха, засоление почвы, преобладание легких супесчано-глинистых почв, снижение уровня подземных вод и др.) и антропогенные (сведение лесов и кустарников, распашка, чрезмерная нагрузка на пастбища, ускоренная дефляция и засоление почв, нерациональное водопользование, падение уровня грунтовых вод, выжигание сухой травы и др.).К опустыниванию земель приводит сочетание нескольких факторов, резко ухудшая экологическую обстановку.

На территории подверженной опустыниванию ухудшаются физические свойства почвы; гибнет растительность, почвенные организмы, мигрируют животные, засоляются грунтовые воды, резко снижается биологическая продуктивность, подрывается способность экосистем к восстановлению.

Опустынивание в настоящее время приняло настолько широкий масштаб, что стало предметом Международной программы «Опустынивание». В докладе ЮНЕП (организация, ООН по окружающей среде) подчеркивается, что опустынивание это результат длительного исторического процесса, в ходе которого неблагоприятные явления природы и деятельность человека, усиливая друг друга, приводят к изменению характеристики природной среды.

Опустынивание одновременно социально-экономический и природный кризис. Оно угрожает около 3,2 млрд. га земли, на которой проживает более 700 млн. человек. Особенно опасное положение сложилось в зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Буркина-Фасо, Мали и др.) переходной биоклиматической зоне (шириной до 400 км) между пустыней Сахарой на севере и Саванной на юге.

Причина катастрофического положения в Сахели – усиление воздействия человека на природные экосистемы с целью обеспечения продовольствием быстро растущего населения региона и изменение метеорологических условий (длительная засуха).

Интенсивный выпас скота приводит к чрезмерной нагрузке на пастбища уничтожению без того скудной и разреженной растительности с низкой продуктивностью. Выбитая растительность и сильно разрыхленная почва создают условия для интенсивного выдувания поверхностного слоя земли. Опустыниванию способствует массовое выжигание прошлогодней сухой травы. По мнению экологов, опустынивание занимает второе место в злодеянии человека против окружающей среды, после гибели лесов. На территории СНГ опустыниванию подвержены Приаралье и Прибалхашье (Казахстан), Черные Земли (Калмыкия) и Астраханская область (Россия). Эти районы относятся к зонам экологического бедствия, и состояние их продолжает ухудшаться. На этих территориях, прежде всего, деградирована почва, что привело к резкому снижению биоразнообразия фито – зооценозов, к разрушению экосистем. Как считают специалисты, там, где по условиям рельефа, качества почвы, мощности травостоя можно было бы выпасать только одну овцу, выпасалось в десятки раз больше, т.е. перевыпас; в результате травянистые пастбища превратились в эродированные земли. Только за последние пять лет площадь подвижных песков в Калмыкии увеличилась в более чем на 50 тысяч га.

В отчете ЮНЕП «О состоянии окружающей среды к 2000 году» подчеркнуто, что «сведение лесов - вероятно, наиболее серьезная экологическая проблема, стоящая перед человечест­вом...» Сведение (гибель) лесов в списке злодеяний человека против окружающей природной среды, сто­ит на первом месте.

В опасном положении находятся вечнозеленые влажные (дождевые) тропические леса - древние климаксные экосистемы. Это бесценное хранилище генетического много­образия исчезает с лица Земли примерно со скоростью 17 млн. га в год. Ученые полагают, что при таких темпах влажные тро­пические леса, особенно в низменных равнинах, полностью ис­чезнут через несколько десятков лет.

Значение леса в природе и жизни человека: являются основным поставщиком кислорода на планете; непосредственно влияют на водный режим как на занятых ими, так и на прилегающих территориях и регулируют ба­ланс воды; снижают отрицательное воздействие засух и суховеев, сдер­живают движение подвижных песков; смягчая климат, способствуют повышению урожаев сель­скохозяйственных культур; поглощают и преобразовывают часть атмосферных химиче­ских загрязнений; защищают почвы от водной и ветровой эрозии, селей, ополз­ней, разрушения берегов и других неблагоприятных геоло­гических процессов; создают нормальные санитарно-гигиенические условия, бла­готворно влияют на психику человека, имеют огромное рек­реационное значение.

Причины исчезновения лесов: 1) сплошная вырубка лесов; 2) лесные по­жары и выжигание растительности; 3) уничтожение лесов и растительности при создании хозяйственной инфраструктуры (затопление при создании водохранилищ, уничтожение вбли­зи карьеров, промышленных комплексов); 4) усиливающийся пресс туризма; 5) изменение условий обитания в результате антропогенного загрязнения воздуха, воды, при­менения пестицидов и минеральных удобрений.

Экологические последствия воздействия человека на леса. На обезлесенных территориях возникают глубокие овраги, разрушительные оползни и сели, уничтожается фотосинтезирующая фитомасса, выполняющая важные экологические функ­ции, ухудшается газовый состав атмосферы, меняется гидро­логический режим водных объектов, исчезают многие расти­тельные и животные виды и т. д.Сведение крупных лесных массивов, особенно влажных тро­пических - этих своеобразных испарителей влаги, по мнению многих исследователей, неблагоприятно отражается не только на региональном, но и на биосферном уровне. Уничтожение древесно-кустарниковой растительности и травянистого покро­ва на пастбищах в засушливых регионах ведет к их опустыни­ванию.

Еще одно негативное экологическое последствие сведения лесов - изменение альбедо земной поверхности. Альбедо (лат. albedo- белизна) - это величина, характеризующая способ­ность поверхности отражать падающие на нее лучи. Интеграль­ное альбедо крон деревьев составляет 10-15%, травы 20-25, свежевыпавшего снега - до 90%. Альбедо земной поверхно­сти - один из важных факторов, определяющих климат как в целом в мире, так и отдельных его регионов. Установлено, что серьезные изменения климата на планете могут быть вызваны изменением альбедо поверхности Земли всего лишь на несколь­ко процентов. В настоящее время с помощью космических сним­ков обнаружено крупномасштабное изменение альбедо (так же как и теплового баланса) всей поверхности Земли.