Экология

Для достижения этих целей экологической науке предстоит решить ряд разнообразных и сложных задач, в том числе:

• разработать теории и методы оценивания устойчивости экологических систем на всех уровнях;
• исследовать механизмы регуляции численности популяций и биотического разнообразия, роли биоты (флоры и фауны) как регулятора устойчивости биосферы;
• изучить и создать прогнозы изменений биосферы под влиянием естественных и антропогенных факторов;
• оценивать состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления;
• разрабатывать методы управления качеством окружающей среды;
• формировать понимание проблем биосферы и экологическую культуру общества.

Окружающая нас живая среда не является беспорядочным и случайным сочетанием живых существ. Она представляет собой устойчивую и организованную систему, сложившуюся в процессе эволюции органического мира. Любые системы поддаются моделированию, т.е. можно предсказать, как та или иная система отреагирует на внешнее воздействие. Системный подход — основа изучения проблем экологии.(http://www.grandars.ru)

2. Ресурсный цикл как антропогенный круговорот веществ. Его отличия от биологического круговорота.

Под ресурсным циклом понимают совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или. группы веществ на всех этапах использования его человеком (включая его выявление, подготовку к эксплуатации, извлечение из природной среды, переработку, превращение, возвращение в природу). Слово «цикл» предполагает, замкнутость процесса. Известно, что в природе все химические вещества (вода, газы, металлы) движутся по замкнутому циклу. Если бы не было замкнутости, то эти вещества оказались бы уже исчерпанными как возможное сырье и перешли бы в какое-то иное состояние.[ ...]

Но ресурсный цикл, который иначе можно назвать антропогенным круговоротом, фактически незамкнут . Действительно, если поглощенный растениями углерод в составе диоксида углерода возвращается в атмосферу при дыхании тех же растений, животных и микроорганизмов, а испарившаяся с поверхности суши или моря вода снова возвращается туда в виде осадков и стока, то каменный уголь, т.е. тот же углерод, добытый и перевезенный к предприятию, обратно в места залегания не возвращается.[ ...]

На каждом этапе ресурсного цикла (разработка пласта, транспортировка, переработка) неизбежны потери либо вследствие особенностей технологии, либо субъективных причин. При добыче часть сырья остается в местах залегания, а в отвааы идет так называемая «пустая порода», на извлечение которой тратится энергия. Значительная доля добытого ископаемого теряется при транспортировке к заводам и фабрикам, при его перегрузке и при его переработке. Если ресурсом служит топливо (например, каменный уголь), то при его сгорании образуется большое количество золы, шлаков, разного рода окислов, выбрасываемых в атмосферу или отвалы на поверхность Земли. Если тот же уголь, нефть и другие ресурсы перерабатываются химической промышленностью, то неизбежно образование побочных твердых, жидких и газообразных продуктов, представляющих технологические отходы и формирующих так называемые хвостовые выбросы, которые наносят вред природе. Углеводороды в составе нефти или сера в каменном угле, ртуть и кадмий в недрах Земли никакого вреда не приносят, а попадая с продуктами сгорания в атмосферный воздух и воду, отрицательно влияют на здоровье людей.[ ...]

Таким образом, получается, что загрязнение среды образуют природные ресурсы. На их добычу, перевозку затрачены огромные средства, энергия, время. И они же в конечном итоге ухудшают качество среды. Не случайно существует афоризм: загрязнение среды - это природные ресурсы, оказавшиеся не на своем месте. Не умея пока использовать ресурсы полностью или многократно человечество вынуждено добывать и перерабатывать в убыстряющемся темпе все новые и новые их порпии, создавая проблему их же исчер-паемости. Получается своего рода заколдованный круг.[ ...]

Еще более сложные закономерности сопровождают антропогенный круговорот вещества при использовании ресурсов экологических систем. Лесной биогеоценоз представляет собой мощный аккумулятор солнечной энергии. Если вырубается древостой, то вся экосистема может прекратить свое существование просто потому, что изымается основная масса запасенной энергии и вещества, которая должна была передаваться на следующие трофические уровни. На месте уничтоженной экосистемы может возникнуть новая, но значительно менее продуктивная. Проходят столетия, пока на месте уничтоженной восстановится экосистема равной производительности. Таким образом, в данном случае рассеивание вещества и энергии резко опережает ее восстановление и биологический естественный круговорот прерывается.[ ...]

В этой ситуации также существует возможность «замкнуть» ресурсный цикл. Поскольку леса способны к самовосстановлению, т.е. принадлежат к относительно возобновимым ресурсам, ресурсный цикл осуществляют таким образом, чтобы использовать эту особенность леса. Эта задача относится к области рационального лесопользования и решается путем системы соответствующих организационНо-технологических мероприятий, сокращающих потери древесины, повышающих КПД ее использования и, следовательно, снижающих объемы и площади вырубаемых лесов, а также способствующих их интенсивному самовосстановлению.[ ...]

Особый случай представляют культурные экологические системы, т.е. обрабатываемые сельскохозяйственные земли. Они практически не способны к самовосстановлению. Собирая урожай и унося его с поля, человек тем самым удаляет значительную часть созданного органического вещества, на построение которого израсходованы минеральные компоненты почвы. В результате организмы-деструкторы не получают материала для разложения и минерализации. В этих ситуациях экосистема прекращает свое существование, что, в частности, наблюдалось в далеком прошлом при подсечном земледелии. Чтобы не допустить этого, человек вынужден брать на себя восстановление экосистемы, т.е. обеспечивать биологический круговорот, в процессе которого создаются необходимые ему продукты путем затрат вещества и энергии. На практике это означает внесение (посев) семян и рассады, применение органо-минеральных удобрений, обеспечение растений водой.[ ...]

Таким образом, человек своей деятельностью фактически «замыкает на себя» процессы естественного круговорота веществ. Разумеется, антропогенный круговорот так же естествен, как и любой другой, но он опять-таки предполагает разумное волевое начало.(Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева 
Экология: конспект лекций 
Под редакцией А.Н. Королева. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 176с. )

3. Источники и загрязнение внутренних водоёмов. Загрязнение Мирового океана.

Источниками загрязнения признаются объекты, с которых  осуществляется  сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

Загрязнение водных объектов возникает при сбросе вредных веществ в поверхностные водные объекты, который причиняет вред или создает угрозу причинения вреда здоровью населения, нормальному осуществлению хозяйственной и иной деятельности, состоянию окружающей природной среды, а также биологическому разнообразию. Меры предупреждения вредного воздействия на водные объекты определяются водным законодательством Российской Федерации.

На территории России практически все водоёмы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязнённости. Увеличивается количество случаев высокого уровня загрязнения воды (более 10 ПДК) и случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (более 100 ПДК).

Особенно тяжёлое положение с загрязнением поверхностных водоисточников сложилось в Астраханской, Кемеровской, Калининградской, Томской, Тюменской, Ярославской областях, Приморском крае. Возрастает загрязнение подземных вод, используемых для водоснабжения, в том числе нефтепродуктами, тяжёлыми металлами, пестицидами и другими вредными веществами, которые поступают в водоносные горизонты со сточными водами.

Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.

В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.

В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды.

Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.

Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8%, а у таких рек, как Дон, Терек, Урал - на 11-20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути, прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод рек Сырдарьи и Амударьи на орошение.

Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются  основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде.  Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются  вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и  представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются  молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.

Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек  и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое  применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.

Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются  в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.