Раздел 1. Основы общей экологии

В. М. Набивач

Основы

Общей и химической

Экологии

Учебное пособие

Днепропетровск УГХТУ 2007

УДК 502.3 + 504.05

ББК 28. 081

Рецензенты: Н.Д.Волошин, докт. техн. наук, проф., зав. каф. технологии неорганических веществ Днепродзержинского государственного технического университета;

Ю.И.Грицан, докт. биол. наук, проф. каф. геоботаники, почвоведения и экологии Днепропетровского национального университета, акад. УЭАН.

Утверждено кафедрой технологии неорганических веществ и экологии

Украинского государственного химико-технологического университета в

качестве учебного пособия

Набивач В. М.

Основы общей и химической экологии:

Учебн. пособие.-Изд.2-ое, доп.- Днепропетровск:УГХТУ, 2007.– 242с.

В учебном пособии системно изложены основы общей и химической экологии. Приведены термины, понятия, основные законы экологии, учение о биосфере, сведения о действии экологических факторов, рассмотрены вопросы динамики численности популяций, предложена концепция экологической системы. Подробно рассмотрены принципы химической экологии, обсуждены основные химико-экологические проблемы биосферы, детально проанализированы последствия антропогенного воздействия на биосферу.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности “Экология и охрана окружающей среды”, а также студентов других специальностей, учащихся школ, аспирантов и всех, кого интересуют вопросы экологии.

Посвящается моему другу

Спартаку Михайловичу Иванову

Предисловие

В настоящее время экологическое образование является фундаментальной основой формирования личности, экологического образа мышления, мотивов экологической деятельности. Без знаний экологических закономерностей невозможен переход современного общества к устойчивому развитию. Общеизвестно, что в модели образования 21 века знания об окружающей среде, о взаимоотношениях в обществе, человека и природы будут пронизывать всю систему образования.

В нашей стране экологическое образование широко внедряется в технических, педагогических, медицинских, сельскохозяйственных высших учебных заведениях, что требует и соответствующего методологического обеспечения.

За последние 15 лет высшая школа Украины получила ряд хороших учебников и учебных пособий по различным разделам экологии как отечественных, так и зарубежных специалистов. Однако нельзя считать, что преподавание экологии в украинских вузах вполне обеспечено в информационном плане. Учебники и учебные пособия, рассматривающие фундаментальные вопросы экологии как биологической науки, обычно не содержат сведений из области прикладной экологии. В то же время учебные пособия, посвящённые вопросам охраны окружающей среды от техногенного влияния, мало знакомят будущих специалистов с основными механизмами и закономерностями устойчивого функционирования биологических систем разного уровня в сложных природных условиях.

В предлагаемом учебном пособии экологические проблемы рассматриваются через призму химических знаний. Необходимость такого подхода определяется ролью химии, значение которой в региональных и планетарных процессах трудно переоценить. Подавляющее большинство природных явлений основано на химических превращениях. Химия является неотъемлемой составной процесса развития человечества: современная цивилизация не может полноценно существовать без химической науки и химического производства.

В первом разделе учебного пособия рассматриваются важнейшие элементы и законы общей экологии: абиотические и биотические экологические факторы природной среды и особенности их взаимодействия; необходимые сведения о биосфере как глобальной экосистеме, её составе, строении, свойствах; структура и динамика популяций; энергетика и эволюция экосистемы.

Второй раздел посвящен химико-экологическим проблемам биосферы, анализу антропогенного воздействия на биосферу и его последствий. Здесь приводится характеристика источников и масштабов техногенных загрязнений атмосферы, водных систем, почвы и их экологических последствий, а также рассматриваются роль и положение человека в биосфере, зависимость его жизни, здоровья и генофонда от состояния среды обитания.

Все эти сведения призваны сформировать у читателя-учащегося основополагающие элементы экологического сознания, без которого невозможны создание эффективной системы управления экологической безопасностью и осуществление экологизации рыночной экономики. Это имеет огромное значение для нашей страны, чье эколого-экономическое положение сегодня и на ближайшую перспективу не может не вызывать серьёзных опасений. Решение насущных задач охраны окружающей природной среды немыслимо без знания излагаемых в пособии законов существования и развития природы: в противном случае все наши усилия направляются на борьбу с последствиями, а не с причиной, породившей конфликт человека и природы.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 8.070801 “Экология и охрана окружающей среды “, но может быть использовано студентами других специальностей, изучающими курс “Основы экологии“.

Автор надеется, что учебное пособие может оказаться полезным учащимся школ и лицеев, аспирантам и инженерно-техническим работникам, интересующимся вопросами химической экологии.

Введение

Одна из глобальных, общечеловеческих проблем современного общества – экологическая, являющаяся следствием резко выраженного расширения сферы взаимодействия человека и природы. Научно-техническая революция и связанные с ней грандиозные масштабы производственной деятельности человека привели к большим позитивным преобразованиям. Вместе с тем, все четче вырисовываются негативные стороны научно-технического прогресса, сопровождающегося индустриализацией хозяйства, урбанизацией образа жизни людей, ухудшением качества окружающей природной среды, истощением сырьевых и энергетических ресурсов, неуклонным возрастанием демографической нагрузки на природу, нарушением естественных экологических балансов саморегуляции биосферы, исчезновением ряда видов животных и растений, появлением нежелательных генетических последствий.

Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех “Э“: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает всё более и более пристальное внимание человечества.

Экология в течение длительного времени существовала как часть биологии и занималась выяснением взаимоотношений организмов со средой обитания. Под взаимоотношениями при этом понимается как влияние среды на организмы, так и, в не меньшей степени, влияние организмов на среду. Такую двустороннюю связь важно подчеркнуть в связи с тем, что это основополагающее положение часто недоучитывается: в подавляющем большинстве случаев под экологией подразумевают негативные последствия, которые вносит человек в окружающую его среду. Ошибочность такого подхода очевидна и ниже будет рассмотрена более подробно.

С развитием научно-технического прогресса человечеством разработано множество технологий, однако ни одна из них не может быть реализована без потребления энергии. С ростом численности населения и созданием новых технологий потребление энергии неуклонно растёт. За последние 75 лет производство электроэнергии выросло в 1000 раз, при этом большая часть её производится за счет ископаемых видов топлива(75-82%), на гидроэнергетику приходится 4-6%, на долю АЭС – 18-20%, другие источники – 1-2%.

В настоящее время человек использует для своих нужд примерно в 23 раза больше энергии, чем необходимо для его существования. Так, для жизнеобеспечения человека в среднем требуется около 140 Вт энергии в сутки, а для реализации технологий и на обслуживание расходуется 3,2 кВт. Потребление энергии в различных странах неодинаково. Наибольшую мощность энергии в расчете на одного жителя потребляют в США(10,5 кВт) и в 27 наиболее богатых странах мира(6,2кВт), а в развивающихся странах потребление энергии на душу населения в 70 раз меньше, чем в США.

В настоящее время общество за один год сжигает более 10 млрд. т условного топлива, из которого вырабатывает энергию мощностью свыше 10⁹ кВт. Эта величина очень мала по сравнению с солнечной энергией, однако её вполне достаточно, чтобы оказывать заметное влияние на процессы, которые происходят на суше, в атмосфере и Мировом океане.

Бурное развитие промышленного производства и связанное с ним растущее использование природных ресурсов в значительной степени влияют на биогеохимический круговорот веществ в природе и уровень ее антропогенного загрязнения. В современных условиях энергетические мощности в мире удваиваются каждые 12 лет, а объем промышленной продукции – каждые 15 лет, т.е. значительно опережают темпы прироста населения планеты, величина которого за 12 лет составляет около 1 млрд человек.

В процессе жизнедеятельности человек эксплуатирует 60% суши,(под его прямым влиянием находится 83% поверхности суши), безвозвратно использует около 13% всего стока рек, скорость сведения лесов достигает 17 млн. га в год. В результате застройки, горных работ, опустынивания и засоления теряется от 50 до 70 тыс км² земель в год. При строительных и горных работах перемещается более 4 км³ грунтов в год, извлекается из недр Земли ежегодно более 160 млрд т руды, сжигается 10 млрд т условного топлива, выплавляется около 1 млрд т различных металлов, производится более 500 млн т минеральных удобрений, 5 млн т различных ядохимикатов.

Динамика среднего удельного потребления природных ресурсов постоянно растёт: в 1913 г. на одного жителя Земли ежегодно расходовалось 5 т сырья, в 1940 г. - 7,4; в 1960 г. – 14,3; в 1970 г. –18,5; в 1980 г. – 20; в 2000 г. –40 т.

Рост промышленного производства сопровождается образованием значительного количества отходов, так как на получение промышленной продукции расходуется лишь 1/5 потребляемых сырьевых ресурсов, а 4/5 в виде отходов, иногда весьма токсичных, поступают в окружающую среду.

Минеральные ресурсы, почти все виды которых относятся к практически невозобновимым, современной горной промышленностью используются далеко не полностью. В большинстве стран остается в недрах или выбрасывается в отвалы 12-15% руд черных и цветных металлов. Так называемые плановые потери каменного угля составляют 40%, нефти- в среднем 56%. При разработке полиметаллических руд из них, как правило, извлекаются 1-3 металла, которые в настоящий момент особенно нужны, а остальные присутствующие металлы выбрасываются вместе с породой. Из общего объёма тяжелых металлов, добытых из природных источников, попадают в биосферу, %: селена – более 90, кадмия –60, ртути – 55, титана, алюминия, сурьмы, молибдена и свинца – более 30. При добыче калийных солей и слюды в отвалах остается до 80% сырья. В практике земледелия бесполезно теряется до 30-50 % всех вносимых минеральных удобрений. Только 1-2 % пестицидов от всего количества, использованного против вредных насекомых и болезней растений, достигает цели, а остальные 98-99% - или поражают полезные виды и аккумулируются биотой, или рассеиваются в окружающей среде.

Антропогенное загрязнение биосферы в настоящее время приобрело глобальный характер. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу около 4 млрд т газов и аэрозолей (без углекислого газа); общий объем промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод достиг 1300 км³ (по другим оценкам – 1800 км³); на поверхность земли попадает примерно 90 млрд т техногенных отходов.

В биосферу поступает до 50 % извлеченных из недр металлов, 30% химического сырья, 67% теплоты, вырабатываемой теплоэлектростанциями.

По оценке Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), из 12 млн синтезированных человеком химических соединений практически используется до 500 тыс веществ; из них около 40 тыс обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс являются токсичными, особенно с точки зрения генетики. Для сравнения: в природе функционируют 2 млн органических и 2 тыс неорганических соединений.

В отдаленные эпохи развития человечества (бронзовый век – 3-2-е тысячелетие до н. э., железный век – 1-е тысячелетие до н. э.) использовалось не более двух десятков химических элементов и их соединений. В XVIII веке их число достигло 29, к началу XX века – 62. В настоящее время используются практически все (более 100) элементы периодической системы.

Насыщение биосферы тяжелыми металлами - одно из наиболее существенных и опасных последствий научно-технической революции. Подсчитано, что за всю историю человеческого общества выплавлено 20 млрд. т железа. Его количество в сооружениях, машинах, транспорте и т.д. сейчас составляет около 6 млрд. т, остальное рассеяно в окружающей среде. В течение года рассеивается более 25% годовой продукции железа. Другие вещества рассеиваются еще в большей степени. Так, рассеивание ртути и свинца достигает 80-90% их годового производства. Примерно 30 - 40% производимых металлических изделий приходит в негодность в результате коррозии.

При сжигании бурого и каменного угля с золой и отходящими газами в окружающую среду некоторых элементов поступает больше, чем добывается из недр: молибдена – в 3 раза, мышьяка – в 7, урана, титана – в 10, алюминия, йода, кобальта – в 15, ртути – в 50, ванадия, стронция, циркония – в сотни раз, германия – в тысячи раз. Рассеянные металлы способны концентрироваться в растениях, водоемах, почве и могут затем поступать в организм человека с продуктами питания, питьевой водой и воздухом.

Так, ежегодно из воздуха, воды и пищи организм человека получает и частично выводит до 10 кг химических загрязнений. К 40 годам жизни в организме каждого человека накапливается до 8-12 кг вредных веществ.

Негативные последствия научно- технической революции ХХ века очевидны для всех, причем особенно опасны генетические последствия загрязнения окружающей среды. Данные медицинской статистики убедительно свидетельствует о повышенной заболеваемости населения, проживающего в зонах интенсивных выбросов отходов промышленных предприятий.

На величину заболеваемости влияет множество социально- экономических, гигиенических и экологических факторов. Они в свою очередь зависят от совокупности природных условий и социально- экономического статуса той или иной территории. Из множества действующих факторов очень нелегко количественно выделить влияние техногенного загрязнения. По данным экспертов ВОЗ, здоровье населения в среднем на 25–35% зависит от образа жизни людей, на 25-30% - от наследственности, на 35-40% - от состояния окружающей среды и на 5-7% - от уровня медицинского обслуживания.

По данным ВОЗ, значительная часть болезней (около 80%) является производной от состояния окружающей среды в определенных регионах земного шара.

По данным американских ученых, до 90% всех раковых заболеваний связано с неблагоприятной окружающей средой. Вследствие загрязнения природной среды за последние 20 лет количество онкозаболеваний на планете увеличилось на 400%.

Загрязнением воздуха обусловлены 41% заболеваний органов дыхания, 16% заболеваний эндокринной системы. Статистика ВОЗ свидетельствует, что более 70% детских болезней (и взрослых тоже) вызывается выхлопными газами автомобилей. В настоящее время около 95% детской патологии прямо или косвенно связано с загрязнением окружающей среды, которая является либо причиной возникновения заболеваний, либо способствует их развитию. Так, в 1900 г. в США родилось 0,5% детей с различными видами патологии, а в 1970 г. таких детей уже появилось 9,4%. В странах СНГ этот показатель составляет 15% и более.

В ХХ веке впервые возникли экологические заболевания, т. е. заболевания, появление которых связано только с воздействием конкретных химических веществ. Среди них наиболее известны и хорошо изучены болезни, связанные с воздействием ртути (болезнь Минамата), кадмия (“ итай-итай“), мышьяка (“черная стопа “, “чизолла “), полихлорированных бифенилов (“ Ю-Шо“, “Ю-Ченг “), диоксинов (“хлоракне “).

Нарастающие темпы индустриализации связаны с численным ростом народонаселения. Для человеческой популяции в настоящее время характерен невиданный по масштабам “демографический взрыв “: в ХХ веке население Земли возросло почти в 4 раза. В 1840 г. население планеты составляло 1 млрд человек, в 1930 г.-2 млрд, в 1974г. – 4 млрд, в 1987г. – 5 млрд, в 1999г. – 6 млрд человек. Если для достижения первого миллиарда численности потребовалось более 500 тыс. лет, то в дальнейшем прирост каждого миллиарда требовал все меньше времени: второй – 107 лет, третий- 32 года, четвертый - 15 лет, пятый и шестой - по12 лет. Ничего подобного у высших млекопитающих никогда не наблюдается. Их видовая численность (вне случаев вмешательства человека) на протяжении больших периодов относительно стабильна. Одним из важнейших признаков экологической устойчивости вида является постоянство численности и постоянное сбалансированное взаимодействие с другими видами экосистемы и компонентами окружающей среды. Человечество как биологический вид не отвечает этому требованию. Графически численность растет по экспоненте. Темпы прироста населения планеты составляют 70-80 млн человек в год. По прогнозам в 2010г. численность населения составит около 7 млрд, в 2025г.– 8 млрд, а к 2100г. население Земли стабилизируется на уровне 10-12 млрд человек. Как уже отмечалось, темпы прироста энергии и промышленного производства существенно опережают темпы прироста населения, в результате современным обществом в производство и потребление вовлекается такое количество веществ и энергии, которое в десятки и сотни раз превосходит чисто биологические потребности человека. Поэтому основной причиной современного экологического кризиса является именно количественная экспансия человеческого общества – непомерный уровень и быстрое нарастание совокупной техногенной нагрузки на природу.

Одновременно с демографическим взрывом идет процесс урбанизации населения планеты. С 1950 по 1983 год число жителей в городах увеличилось в 2,6 раза, в то время как сельское население возросло лишь на 53%. В настоящее время в городах живет около 50% населения, а к 2020г. этот показатель увеличится до 60%. В Северной Америке урбанизировано 83% населения, в Европе и Латинской Америке- 79%, в России - около 76%, Австралии- 81%, в Украине – около 70% (в густонаселенных регионах Украины городское население составляет: в Донецкой обл.-90%, Днепропетровской и Луганской обл.-83%, в Харьковской-76%).

Интенсивно растут города–миллионеры (с населением свыше 1 млн человек): в 1900г. таких городов в мире было 10, в 1955-60, в 1980-210. В настоящее время в таких городах сосредоточено более 35% всего населения мира, а число городов превышает 300. Рубеж в 20 млн. жителей перешагнули такие города- мегаполисы как Токио, Мехико, Сан - Пауло, Шанхай, Бомбей.

Урбанизация непрерывно ухудшает условия жизни в регионах, неизбежно уничтожает в них природную среду. Для крупных городов и промышленных центров характерен высокий уровень загрязнения компонент среды обитания. Так, атмосферный воздух городов содержит более высокие концентрации токсичных примесей по сравнению с воздухом сельской местности: оксида углерода – в 50, оксидов азота – в 150, а соединений свинца и летучих углеводородов – в 2000 раз выше.

Таким образом, вмешательство людей в естественные природные процессы резко возросло и в ряде случаев ведет к изменению режима грунтовых и подземных вод в целых регионах, поверхностного стока воды, структуры и плодородия почв, усилению их эрозии, активизации геохимических и химических процессов в атмосфере, гидросфере, литосфере, изменению макроклимата. Техногенная деятельность (строительство гидротехнических сооружений, дорог, промышленных предприятий и городов, добыча полезных ископаемых, испытания ядерного оружия, военные учения и конфликты, запуски ракет и спутников) уже давно вызывает подобные процессы.

Использование и преобразование человеком природной среды в интересах общества неизбежны и закономерны, так как они осуществляются в силу действия как законов природы, так и социальных законов развития общества. Тем самым научно-технический прогресс не есть нечто чуждое природе, противоречащее ей. Наоборот, это – один из последовательных и закономерных процессов ее эволюции. Но при этом закономерны и возникающие экологические и ресурсные проблемы.

Из-за увеличения масштабов техногенной деятельности человека, особенно в прошедшее столетие, намечаются глобальные изменения в биосфере, которые могут привести к необратимым процессам. Это связано с развитием энергетики, промышленности, сельского хозяйства, транспорта, т.е. основных видов деятельности, направленных на удовлетворение потребностей человечества.

Человек, стремясь создать блага, получить их как можно быстрее и дешевле, пренебрегает в первую очередь интересами окружающей среды. Пока масштабы таких дешевых (за счет природы) технологий малы - они не сказываются на условиях обитания человека. Однако, наступает такой момент, когда „вдруг” оказывается, что воды, воздух, почва настолько „отравлены”, что и проживание человека становится невозможным. К сожалению, только такие экстремальные ситуации, как Чернобыльская катастрофа, заставили произвести переоценку ценностей в нашей стране.

Человечество в своем развитии подошло к тому порогу, когда необходимо принимать согласованные решения. Проблема выживания, проблема сохранения естественной биосферы может быть решена только путем компромиссов и поисков оптимальных решений.

Раздел 1. Основы общей экологии

Глава 1. Предмет и задачи экологии

Даже выйдя в космос и научившись многие месяцы жить под водой, человек остался биологическим видом, которому необходимы строго определенные (эволюцией) условия окружающей среды, или факторы: газовый состав воздуха, набор ассимилируемых с пищей веществ, температура, режимы освещенности, влажности и многое другое. Требование любого живого организма к качеству окружающей среды консервативны. При изменении режимов факторов, отклонении тех или иных составляющих природной среды от некоторой требуемой организму нормы возможны нарушения жизнедеятельности организма вплоть до несовместимости этих отклонений с жизнью.

Невозможно „охранять природу” и обеспечить высокое качество среды обитания, не зная, что она собой представляет, по каким законам она существует и развивается, какие предельные нагрузки на природные системы может общество допустить, чтобы не разрушить их с неизбежным ущербом для себя. Все эти вопросы и являются предметом экологии.

Экология - это наука об отношениях организмов или групп организмов к окружающей их среде или наука о взаимоотношениях между организмами и средой их обитания.

Существуют и другие определения экологии. Например, считается, что экология – наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания, с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Термин “экология” введен в 1866 г. немецким ученым-зоологом Эрнстом Геккелем в книге “Всеобщая морфология организмов “ и образован из двух греческих корней: ойкос – дом, жилище; логос – наука. В буквальном смысле экология - наука о местообитании. Под экологией Э.Геккель понимал сумму знаний, относящихся к экономии природы: изучение всей совокупности животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего – его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Как видим, в этом понимании экология касается в первую очередь царства животных.

Существует много определений экологии как науки, однако подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Экология, как и многие другие науки, имеет два аспекта. Один из них – это стремление к познанию ради самого познания, и в этом плане на первое место ставится поиск закономерностей развития природы, а также их объяснение; другой – применение собранных знаний для решения проблем, связанных с окружающей средой. Стремительное повышение значимости экологии объясняется тем, что ни один из вопросов огромной практической важности в настоящее время нельзя решить без учета связей между живыми и неживыми компонентами природы.

Эти два аспекта экологии развиваются рука об руку, потому что основные принципы, обнаруживаемые при изучении природных сообществ, должны относиться также и к нарушенным сообществам. Физические и химические законы, лежащие в основе таких явлений, как растворимость неорганических соединений, химические реакции, поверхностное натяжение и переход из одного фазового состояния в другое, имеют самое непосредственное отношение к землепользованию. Например, при орошении пустынных земель с целью превращения их в посевные площади соли, содержащиеся в частицах почвы, растворяются в воде. При этом они не вымываются из верхних слоев почвы, а отлагаются на ее поверхности. по мере того как вода поднимается вверх в результате сильного испарения, происходящего под действием горячего солнца пустыни. То, что ирригация в конечном счете может превратить тысячи гектаров пустыни в засоленную равнину, непригодную для возделывания, можно было предсказать на основании общеизвестных законов химии и физики.

Математическое изучение экологии популяций показывает, что спады численности наступают тогда, когда уничтожение особей хищниками превышает прирост за счет размножения. Применение демографических законов к охотничьим видам убеждает нас в том, что наивысший уровень дичи можно получить в тех случаях, когда интенсивность охоты способствует поддержанию популяций охотничьих видов на уровне достаточно низком, чтобы наличного количества пищи хватало для интенсивного размножения, но вместе с тем достаточно высоком, чтобы обеспечить высокий устойчивый выход живой продукции. Для эффективного ведения охотничьего хозяйства необходимо регулировать сроки охоты, ежедневные нормы добычи, применяемое оружие и даже стоимость лицензий. Когда биологи-охотоведы затопляют какие-либо участки, с тем чтобы создать место обитания водоплавающих птиц, или выжигают кустарники, чтобы благоприятствовать развитию той растительности, которую предпочитают в качестве пищи олени, они руководствуются экологическими принципами. Разумное ведение охотничьего хозяйства должно быть основано на этих принципах.

К экологии очень редко обращаются за советом, а между тем решение многих проблем упирается именно в нее. Селекционеры на протяжении многих лет стремятся создать идеальный сорт пшеницы, который был бы устойчив к любым вредителям и к любым болезням. Но, проводя искусственный отбор с целью получить линию с желаемыми признаками, человек невольно производит при этом также отбор насекомых, вирусов и грибов, выводя линии, превосходящие все другие по способности поедать или заражать созданный прекрасный сорт пшеницы. Такого рода игра в эволюционные кошки-мышки в иных обстоятельствах могла бы привести к установлению безобидного status quo, попутно обеспечивая работой многие десятки генетиков и селекционеров. Однако природа не столь снисходительна. Повышение устойчивости данного сорта к вредителям может повлечь за собой снижение его засухоустойчивости или способности конкурировать с сорняками. Совокупность приспособительных признаков какого-либо организма подобна шарику глины: если защипнуть глину так, что на шарике образуется выступ, то при этом непременно образуется и вмятина, поскольку количество глины все время остается одинаковым.

Применение гербицидов и искусственного орошения позволяет возместить потери, причиняемые снижением конкурентоспособности и засухоустойчивости, которое сопровождает повышение устойчивости к вредителям, однако стоимость необходимых для этого химических веществ и ирригационных сооружений может свести на нет всю получаемую выгоду. Вспоминается попытка интродуцировать хлопок на Коста-Рике. В относительно сухих районах этой тропической страны климат идеально подходит для выращивания хлопка, и на первых порах хлопковые поля процветали. Однако здесь, как и повсюду, большой урон хлопководству наносят насекомые. В начале при помощи инсектицидов удавалось бороться с вредителями, однако по мере того, как в популяции насекомых развивалась устойчивость к химическим препаратам, последние приходилось применять все в больших количествах. Хлопковому буму на Коста-Рике пришел конец, когда стоимость пестицидов стала съедать весь доход, получаемый от выращивания хлопка. Тракторы, ржавеющие на заросших сорняками полях, - вот все, что от него осталось. Рентабельность разведения хлопка на Коста-Рике без применения пестицидов сомнительна. Что же касается экономической и экологической стоимости применения пестицидов, то теперь, задним числом, совершенно ясно, что она выходит далеко за пределы допустимого.

Весьма показателен в этой связи сложный пример прямых и косвенных воздействий человека, разрушающих естественные сообщества, который красноречиво свидетельствует о необходимости глубокого понимания функционирования экосистемы. Озеро Клир-Лейк в Калифорнии (США) – живописный водоем длиной более 30 км; когда-то оно было идиллическим местом отдыха, хорошо известным любителям рыбной ловли и водных лыж. Единственным недостатком этого земного рая были тучи мелких двукрылых, появляющиеся летом вокруг озера. Эти насекомые, личиночное развитие которых проходило в донных отложениях на мелководьях, не представляли никакой угрозы для здоровья человека и не кусались. Но по вечерам, когда в домах зажигали свет, они скапливались вокруг ламп, вызывая раздражение и неудовольствие обитателей этих домов.

Все усилия, прилагаемые для того, чтобы разработать подходящие меры борьбы с этими двукрылыми, оставались безуспешными вплоть до конца второй мировой войны, когда получили широкое распространение такие пестициды, как ДДТ и его производные. В 1949г. все озеро было обработано ДДТ, который ввели в воду в количестве менее 0,02%. Это мероприятие оказалось очень эффективным, и на протяжении следующих 2-3 лет у берегов озера можно было встретить лишь единичных насекомых. Однако после 1951г. их численность стала возрастать. В 1954г. была проведена повторная обработка озера ДДТ, вновь позволившая истребить значительное количество этих назойливых насекомых. Спустя некоторое время жители стали находить мертвых водоплавающих птиц, выброшенных на берег, но никому не пришло в голову связать это с программой по борьбе с насекомыми.

После второй обработки ДДТ популяция насекомых оправилась быстрее, чем после первой. Ещё менее эффективной оказалось третья обработка, предпринятая в 1957г, и тогда у биологов зародилось подозрение, что насекомые стали устойчивы к ДДТ. В 1957г по всему побережью озера можно было видеть мертвых водоплавающих птиц. На этот раз двух умирающих птиц отправили на анализ, который показал, что программа борьбы с насекомыми оказалась смертным приговором озеру Клир-Лейк. Содержание остатков ДДТ в жировой ткани мертвых птиц почти в 100 раз превышало его первоначальную концентрацию в воде, получаемую при обработке озера. Позднее обнаружилось, что рыбы также накапливали ДДТ в очень больших количествах, в результате чего многие их виды стало небезопасно употреблять в пищу.

Таким образом, программа борьбы с двукрылыми привела к созданию устойчивой к ДДТ линии этих насекомых (которые по-прежнему отравляют жизнь местным жителям), к резкому сокращению популяций водоплавающих птиц, а кроме того, создала угрозу для наиболее привлекательной особенности этого озера - рыбной ловли. Парадокс в данном случае состоит в том, что все эти проблемы порождены самим человеком: питательные вещества, стекавшие в озеро с удобряемых полей и просто с нечистотами, обогащали природный ил и благоприятствовали развитию личинок насекомых

Итак, программа борьбы с двукрылыми привела в конечном счете к совершенно неожиданным результатам. Её создатели пренебрегли основными принципами экологии. Они не учли способность популяции насекомых вырабатывать устойчивость к ядовитому инсектициду и не предусмотрели возможности накопления остатков ДДТ в организме животных, их передачи по пищевой цепи от жертвы к хищнику и повышения их концентрации вплоть до летального уровня в каждом звене этой цепи. Непредвиденные последствия почти всегда сводят на нет все усилия человека подчинить себе сложную систему природных механизмов, обеспечивающих стабильность в биосфере.

И ещё два примера беспечного отношения к экологическим прогнозам. В апреле 2002г. г.Ленск в Якутии (Россия) в считанные часы был поглощен весенней распоясавшейся р.Леной, хотя уже в феврале-марте специалисты предупреждали о предстоящих сильных паводках из-за небывалого количества снега, выпавшего прошлой зимой. Должностные лица отнеслись к подобным предупреждениям довольно прохладно. Накануне памятных событий жители даже не знали о масштабах надвигающейся трагедии. По словам очевидцев, темно-коричневая вода вперемешку с обломками мебели и всевозможным мусором пребывала столь стремительно, что на крышу домов успели втащить только самое необходимое. Затопленным оказались машины во дворах, нижние этажи домов, школ, больниц, детских садов.

Никаких проблем не было бы вообще, если бы геологи, основавшие Ленск, посоветовались с экологами. До 1963 года на месте затопленного города стоял небольшой якутский поселок Мухтуя. Однако местные жители, зная суровый нрав Лены, строили свои дома только на высоком берегу. На низком селиться не имело смысла, все равно река когда-нибудь добралась бы до строений. С приходом геологических экспедиций поселок начал разрастаться и в 1963 году приняли решение о создании нового города, в рамках которого новоселы застроили оба берега, проигнорировав предостережения экологов. В этих местах нельзя было вести строительство, однако эту простую истину осознали только после трагического наводнения.

Более резонансный случай произошел в г. Днепропетровске в 1997г. В июне месяце на жилмассиве Тополь-1 в результате сильного оползня в считанные часы под землю ушли 9-ти этажный жилой дом, здание школы и детсада. Случай уникален даже в масштабах всей Украины, многие районы и города которой подвержены оползням. Основная причина образования оползней и просадки грунтов – это постоянные утечки воды из подземных водонесущих коммуникаций, а также подъем грунтовых вод под действием водохранилищ, особенно в акватории Днепра. Застройка ж/м Тополь многоэтажными зданиями (в том числе, на склоне балки) была санкционирована тогдашним городским руководством без надлежащей оценки геологических и экологических особенностей местности, и трагедия на Тополе явилась закономерным следствием непродуманных решений. И лишь в 2000г горисполком, исправляя ошибки предшественников, своим обоснованным постановлением запретил строительство на склонах балок города 4-х и более этажных зданий. Весьма своевременное решение, если учесть, что в ряде мест Рыбальской и Аптекарской балок уровень грунтовых вод находится на глубине 2,5–4 м (20 лет назад этот уровень фиксировался на глубине 40м).

Таким образом, пренебрежение законами, лежащими в основе естественных природных процессов, всякий раз приводит к серьезным конфликтам человека и природы. Возникающие в связи с этим проблемы выходят за рамки экологии, приобретая все более направленный социально- политический и хозяйственно-экологический характер.

Практическая значимость экологии заключается в первую очередь в том, что она может и должна осуществлять научный контроль природопользования. Природопользование составляет ресурсную базу экономики. Имеются в виду не только природные биоресурсы - лес и другие эксплуатируемые человеком сообщества дикорастущих растений и промысловых животных, но и пространства территорий и акваторий, земля, вода, воздух, солнечный свет, агроресурсы, продукты недр – все, что так или иначе участвует в природных и антропогенных трансформациях энергии и круговоротах веществ. Однако экологическое управление ресурсами и природопользованием еще содержит много пробелов и недостатков. Из-за этого сохраняются серьезные противоречия между экономическими интересами и экологическими требованиями, между экономикой общества и экономикой природы.

Природопользование может быть рациональным и нерациональным. При рациональном природопользовании, обеспечивающем экономически эффективное потребление и воспроизводство природных ресурсов, создаются возможности для удовлетворения потребностей в них не только настоящего, но и будущих поколений людей. К сожалению, нынешнее состояние природопользования в целом можно охарактеризовать как нерациональное, ведущее к истощению природных ресурсов, нарушению экологического равновесия и загрязнению окружающей среды. В основе природопользования должны лежать законы экологии, так как их нарушение ведет к ухудшению природной среды и вызывает необходимость проведения специальных природоохранных мероприятий.