Преднамеренное и непреднамеренное, прямое и косвенное воздействие человека на природу. Ограниченность ресурсов и загрязнение среды как фактор, лимитирующий развитие человечества.

Воздействие – непосредственное влияние хозяйственной деятельности человека на окружающую природную среду. Все виды воздействия можно объединить в 4 тип: преднамеренное, непреднамеренное, прямое и косвенное (опосредованное).

Преднамеренное воздействие происходит в процессе материального производства с целью удовлетворения определенных потребностей общества. К ним относятся: добыча полезных ископаемых, строительство гидротехнических сооружений (водохранилищ, оросительных каналов, ГЭС), вырубка лесов для расширения земледельческих площадей и для получения древесины и др.

Непреднамеренное воздействие возникает побочно с первым типом воздействия, в частности, добыча полезных ископаемых открытым способом приводит к понижению уровня грунтовых вод, к загрязнению воздушного бассейна, к образованию техногенных форм рельефа (карьеры, терриконы, хвостохранилища ). Строительство ГЭС сопряжено с образованием искусственных водохранилищ, которые воздействуют на среду: вызывают повышение уровня грунтовых вод, меняют гидрологический режим рек и т.д. При получении энергии из традиционных источников (уголь, нефть, газ) происходит загрязнение атмосферы, поверхностных водотоков, подземных вод и пр.

Как преднамеренные, так и непреднамеренные воздействия могут быть прямыми и косвенными.

Прямые воздействия имеют место в случае непосредственного влияния хозяйственной деятельности человека на среду, в частности ирригация (орошение) непосредственно воздействует на почву и изменяет все процессы, связанные с ней.

Косвенные воздействия происходят опосредованно – через цепочки взаимосвязанных влияний. Так, преднамеренные косвенные воздействия – это применение удобрений и непосредственно влияние на урожайность культур, а непреднамеренные – влиян ие аэ розолей на количество солнечной радиации (в особенности в городах) и т.д.

Воздействие горного производства на среду – многообразно проявляется в прямом и косвенном воздействии на природные ландшафты. Наибольшие нарушения земной поверхности происходят при открытом способе разработки полезных ископаемых, на долю которого в нашей стране приходится более 75% объема горного производства.

26. Представление о физико-химической среде обитания организмов. Особенности водной, почвенной и воздушной сред. Особенности зависимости организма от среды на разных стадиях жизненного цикла. Критические периоды развития.

Представление о физико-химической среде обитания организмов; особенности водной, почвенной и воздушной сред. Абиотические и биотические факторы. Экологическое значение основных абиотических факторов: тепла, освещенности, влажности, солености, концентрации биогенных элементов. Заменимые и незаменимые ресурсы. Сигнальное значение абиотических факторов. Суточная и сезонная цикличность.

Лимитирующие факторы. Правило Либиха, закон Шелфорда. Взаимодействие экологических факторов. Распределение отдельных видов по градиенту условий. Представление об экологической нише; потенциальная и реализованная ниша. Биотестирование и биоиндикация как методы контроля качества среды. Стресс как экологический фактор.

Любой организм должен быть определенным образом приспособлен к воздействию специфических экологических факторов. Разнообразные приспособления организмов называются адаптации. Благодаря разнообразию адаптаций возможно распределение выживаемости организмов в зависимости от интенсивности действия экологического фактора.

Значения экологического фактора, которые наиболее благоприятны для данного вида, называются оптимальными, или просто экологическим оптимумом. Те же значения фактора, которые неблагоприятны для данного вида, называются пессимальными, или просто экологическим пессимумом. Существует закон экологического оптимума, согласно которому выживаемость организмов достигает максимума при значениях данного экологического фактора, близких к его среднему значению.

В простейшем случае зависимость выживаемости от действия одного фактора описывается уравнениями нормального распределения, которым соответствуют колоколообразные кривые нормального распределения. Эти кривые иначе называются кривые толерантности, или кривые Шелфорда.

В качестве примера рассмотрим зависимость плотности (выживаемости) некоторой популяции растений от кислотности почвы.

Видно, что популяции данного вида растений достигают максимальной плотности при значениях рН, близких к 6,5 (слабокислые почвы). Значения рН приблизительно от 5,5 до 7,5 образуют для данного вида зону экологического оптимума, или зону нормальной жизнедеятельности. При уменьшении или повышении рН плотность популяции постепенно уменьшается. Значения рН меньше 5,5 и больше 7,5 образуют две зоны экологического пессимума, или зоны угнетения. Значения рН меньше 3,5 и больше 9,5 образуют зоны гибели, в которых организмы данного вида существовать не могут.

В более сложных случаях кривые толерантности могут быть асимметричными. Асимметрия кривых толерантности может быть вызвана неправильным выбором градации влияющего экологического фактора. Например, если при описании градиента кислотности среды вместо показателя рН использовать абсолютную активность [Н⁺], то кривая толерантности станет асимметричной.

Различают аутэкологический оптимум и синэкологический оптимум.

Аутэкологический (физиологический) оптимум – это оптимум для данного вида организмов без учета его взаимодействия с другими видами (обычно игнорируется конкуренция).

Синэкологический оптимум – это оптимум для данного вида организмов с учетом межвидовых взаимодействий в данном сообществе (обычно учитывается конкуренция, реже – протокооперация и другие сложные взаимодействия).

Синэкологическая кривая толерантности может значительно отличаться от аутэкологической кривой (например, появляются асимметрия, эксцессы).

Пределы изменчивости значения экологического фактора, в которых возможно существование данного вида, называются экологической валентностью. Организмы, которые характеризуются широкой экологической валентностью, называются эврибионты. Иначе, эврибионты – это организмы, способные существовать при различных значениях данного экологического фактора. Однако большинство организмов является стенобионтами. Стенобионты – это организмы, которые способны существовать в сравнительно узком интервале значений фактора. По различиям в экологической валентности по отношению к различным факторам среды выделяют различные группы организмов, например:

– По отношению к кислотности: эвриионные – могут существовать в широком интервале рН (сосна, березы, тысячелистник, ландыш); стеноионные – могут существовать только при определенных значениях рН, например: ацидофильные, предпочитающие кислые почвы (сфагнумы, хвощи, пушица); кальциефильные, или базофильные, предпочитающие щелочные почвы (полынь, мать-и-мачеха, люцерна).

– По отношению к температуре: эвритермные – могут существовать в широком интервале температур; стенотермные – могут существовать в узком интервале температур; криофильные – могут существовать только при пониженных температурах; термофильные – могут существовать только при повышенных температурах.

– По отношению к солености: эвригалинные – могут существовать при различной солености воды; стеногалинные – могут существовать только при определенной солености воды.

– По отношению к содержанию кислорода в воде: эвриоксибионты – способны переносить пониженное содержание кислорода; стенооксибионты – требуют повышенного содержания кислорода.

Область обитания живых организмов (арена жизни) может быть разделена на четыре основные среды: водную, наземно-воздушную, почвенную и внутриорганизменную. Среды обитания отличаются по своим свойствам и относительной важности действующих в них экологических факторов. Например, для водной среды обитания, которая является филогенетически первичной для земных организмов, характерна высокая плотность, возможность распределения биогенов по всему объему, относительно небольшие колебания температур, невысокая растворимость газов, особенно О₂. Достаточная для фотосинтеза освещенность характерна лишь для поверхностных слоев водоемов. Ультрафиолетовое излучение поглощается в приповерхностном слое воды. На водный обмен водных организмов основное влияние оказывает такой фактор, как соленость. Существенным в водной среде является также ее pH — водородный показатель.

Поскольку водная среда является достаточно плотной, многие водные организмы имеют приспособления к парению в ее толще (выросты, полости с газом, жировые включения и т.д.). Активно плавающие организмы обычно имеют обтекаемую форму тела и приспособления для отталкивания от воды (плавники, ласты) или реактивного движения. Парящие в толще воды организмы называются планктоном, активно перемещающиеся в ее толще — нектоном, а обитающие на дне водоемов — бентосом.

В водной среде преобладает дыхание, а не фотосинтез, и разнообразие животной жизни обычно выше, чем растительной.

Осваивая сушу, наземные организмы были вынуждены приспособиться к особенностям наземно-воздушной среды. В их числе можно назвать: малую плотность воздуха, его достаточно частую сухость, относительно резкие скачки температуры. Водный обмен организмов зависит в первую очередь от влажности. Тепловой поток от солнца намного интенсивнее, чем в других средах, а поскольку воздух отличается малой теплопроводностью, организмы наземно-воздушной среды часто имеют температуру тела, отличающуюся от температуры их окружения. В вертикальном отношении воздушно-наземная среда состоит из двух отчетливо различных частей: воздушной (прозрачной, подвижной среды с высокой доступностью газов и почти полным отсутствием большинства питательных веществ) и наземной (твердой опоры, где нет света, но обычно достаточно много биогенов и других необходимых веществ). Эта противоречивость наглядно проявляется в строении высших растений, имеющих подземную часть, служащую для минерального питания, и надземную, фототрофно питающуюся часть. Многие наземные животные отталкиваются от твердой опоры конечностями при ходьбе или беге, некоторые смогли освоить полет, требующий достаточно глубокого преобразования строения организма.

Почвенная среда обитания характеризуется весьма высокой плотностью. Это сложная, многофазная среда с отчетливым вертикальным градиентом. Для перемещения в ней нужно использовать или имеющиеся пустоты (что доступно для мелких организмов), или обладать органами для разгребания почвы или протискивания между ее слоями. Для крупных организмов обитание в почвенной среде нехарактерно. На водный обмен влияет и влажность (обычно достаточно высокая), и засоленность (соленость почвенного раствора). Динамика климатических факторов в почве сглажена. Наличие в почве водной фазы, а также обогащенность газовой фазы парами воды и углекислотой (при недостаточности кислорода) сближает почвенную среду с водной.

Самая «сложная» для обитания среда — другие организмы как среда обитания. В этой среде обычно достаточно питательных веществ и достаточно благоприятные значения «климатических» факторов, однако сама среда противодействует обитанию в ней организмов. Средой первого порядка по отношению к паразиту будет тело хозяина органы и другие паразиты, населяющие его. Внешняя среда действует на паразитов опосредовано и называется вторичной. Совокупность всех паразитов, одновременно обитающих в каком-либо организме, называется паразитоценозом, а все симбионты вместе с организмом-хозяином — симбиоценозом. Паразитам постоянно приходится преодолевать сопротивление иммунной системы их хозяев. Еще одна особенность других организмов как среды обитания заключается в том, что эта среда не является непрерывной и паразитам приходится вырабатывать сложные приспособления для заселения новых хозяев.

27. Проблемы, связанные с антропогенным воздействие на биосферу. Экологические кризисы и революции. Глобальные модели биосферных процессов. Работа группы Дениса и Донелли Медоуза «Пределы роста» (1972) и «За пределами роста» (1992). Основные динамические характеристики глобальных процессов.

Глобальные процессы образования и движения живого в биосфере обусловлены круговоротом огромных масс вещества и колоссальных потоков энергии. Процессы, происходящие с участием живого вещества, превосходят чисто геологические по интенсивности и скорости. Человечество же создает дополнительный - антропогенный - канал.

Адаптация человека в окружающей среде шла по двум направлениям:

1) человек приспосабливался к новым природным условиям, менял свой способ хозяйства и, следовательно, вырабатывал новый стереотип поведения;

2) человек приспосабливал природу под себя, создавая вторичные, антропогенные геобиоценозы согласно отработанному стереотипу поведения. Причем в естественных условиях оба процесса переплетались.

Многие характеристики развития человеческого общества имеют интересную особенность - графически их можно представить в виде кривой, близкой к экспоненте. Примерно 200 лет назад человечество вступило в индустриальную фазу развития. Произошла сначала промышленная, а затем в XX в. и научно-техническая революция. Все это позволило человечеству скачкообразно увеличить свою численность, произошло явление, называемое демографическим взрывом. Масштабы воздействия человека на биосферу стали сравнимы с масштабами естественных процессов, человечество стало мощной силой, преобразующей лик планеты. В результате чего стали заметны определенные сдвиги в биосферных процессах.

В процессе совместной эволюции общества и природы, предсказывал Вернадский, биосфера должна будет преобразоваться в новое состояние - ноосферу - сферу разумной жизни. Опыт всех предшествующих поколений и настоящего времени показывает, что человечество, к сожалению, движется не к созданию гармоничной с природой ноосферы, а по пути деструкции биосферы и замены ее инженерно-техническими сооружениями (техносферой). В результате преобразования человеком естественных местообитаний, а также и прямого уничтожения исчезают многие виды живых организмов, снижается биоразнообразие, являющееся основой устойчивости экосистем. Нерациональное ведение сельского хозяйства приводит к истощению почв и распространению процессов опустынивания, нарушению водных режимов территорий. Возможно, самым грозным проявлением воздействия человека на биосферу является загрязнение окружающей среды. Влияние загрязнений может проявляться различно, но это всегда разрушающее воздействие, приводящее к стрессу, деградации, а в конечном счете и к гибели экосистемы.

Экологический кризис — это обратимое изменение равновесного состояния природных комплексов. Он характеризуется не столько усилением воздействия человека на природу, сколько резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие. Проявление экологического кризиса нередко называют «эффектом бумеранга». Известен ряд экологических кризисов: относительного обеднения доступных примитивному человеку ресурсов промысла и собирательства, обусловивший стихийные биотехнические мероприятия типа выжигания растительности для ее лучшего и более раннего роста (с наступлением весны, влажного периода года); перепромысла крупных позвоночных животных (50—10 тыс. лет назад); современный кризис глобального загрязнения, которому, по мнению ученых, соответствует высший этап научно-технической революции. Человек выступает при экологическом кризисе активно действующей стороной. История цивилизации доказывает, что вслед за экологическим кризисом следует революционное изменение во взаимоотношениях общества и природы.

В предистории и истории человечества выделяют ряд экологических кризисов и революций.

1. Изменение среды обитания живых существ, вызвавшее возникновение прямоходящих антропоидов — непосредственных предков человека.

2. Кризис относительного обеднения доступных примитивному человеку ресурсов промысла и собирательства, обусловившего стихийные биотехнические мероприятия типа выжигания растительности для лучшего и более раннего роста.

3. Первый антропогенный экологический кризис — массовое уничтожение (перепромысел) крупных животных («кризис консу-ментов»), связанный с последовавшей за ним сельскохозяйственной экологической революцией (рис. 13.21).

4. Экологический кризис засоления почв и деградация примитивного поливного земледелия, недостаточность его для растущего народонаселения Земли, что привело к преимущественному развитию неполивного земледелия.

5. Экологический кризис массового уничтожения и нехватки растительных ресурсов, или «кризис продуцентов», связанный с общим бурным развитием производительных сил общества, вызвавший широкое применение минеральных ресурсов, промышленную, а в дальнейшем и научно-техническую революцию.

6. Современный кризис угрозы недопустимого глобального загрязнения. Здесь редуценты не успевают очищать биосферу от антро-погенных продуктов или потенциально не способны это сделать в силу неприродного характера выбрасываемых синтетических веществ. Этот кризис называют «кризисом редуцентов», которому соответствует высший этап научно-технической революции — реутилизация продуктов и условное замыкание технологических циклов.

С «кризисом редуцентов» почти одновременно наступают два других экологических напряжения: термодинамическое (тепловое) и снижение надежности экосистем. Они связаны с экологическими ограничениями производства энергии в нижней тропосфере и нарушением природного экологического равновесия. Данные экологические кризисы ближайшего будущего будут разрешены на основе энергетической и эколого-плановой экологических революций. Первая будет заключаться в максимальной экономии энергии и переходе к ее источникам, практически не добавляющим тепло в приземный слой тропосферы (главным образом солнечным), вторая — в регулируемой коэволюции в системе «общество — природа».

Экологическая катастрофа — это природная аномалия (длительная засуха, массовый мор, например, скота и т. д.), зачастую возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остронеблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона; авария технического устройства (атомной электростанции, танкера и т. п.), приведшая к остронеблагоприятным изменениям в среде и повлекшей за собой массовую гибель живых организмов и экономический ущерб; одно из состояний природы. Экологическая катастрофа отличается от экологического кризиса тем, что кризис — это обратимое состояние, где человек выступает активно действующей стороной, а катастрофа— необратимое явление, человек здесь вынужденно пассивная, страдающая сторона. В более широком понимании экологические катастрофы — это фазы развития биосферы, где происходит качественное обновление живого вещества, например вымирание одних видов и возникновение других.

Пределы роста — доклад Римскому клубу, опубликованный в 1972 году. Содержит результаты моделирования роста человеческой популяции и исчерпания ресурсов. В написании доклада принимали участие Донелла Медоуз (англ.)русск., Денниc Медоуз (англ.)русск., Йорген Рандерс (англ.)русск. и Уильям Беренс III[прим. 1]. В основу доклада легли данные, полученные в результате компьютерного моделирования роста потребления ресурсов.

Модель была построена на пяти параметрах — численность населения Земли, индустриализация, производство продуктов питания, истощение природных ресурсов и загрязнение окружающей среды. Каждый из них имеет свою динамику развития и влияет на остальные параметры.

Основной целью создания модели было определить, какие из закономерностей поведения будут наиболее характерными для мировой системы при её приближении к пределам роста.

28. Рост народонаселения во всём мире и отдельных регионах. Изменение кривой выживания по мере экономического развития и улучшения здравоохранения. Детская смертность. Различия в возрастной структуре и скорости роста развитых и развивающихся стран.

Рост народонаселения в мире ведёт к перенаселению. Уже сейчас на планете около 7 млрд. людей. Кривая выживания по мере экономического развития и улучшения здравоохранения меняется. Чем лучше условия жизни – тем дольше длится эта жизнь. Среди всех стран, самые долгожители – это японки. Средняя продолжительность их жизни 86,05 года.

Под детской смертностью понимают число умерших детей до 5 лет на 100 или 1000 родившихся. Этот показатель является индикатором благополучия нации. Высокая детская смертность определяла демографическую ситуацию в царской России, хотя и не могла остановить быстрого роста населения страны в 19-м веке. Сейчас роль собственно детской смертности в вымирании России мала, поскольку родители используют для убийства своих детей такие гуманные средства, как аборты и контрацепцию. Для спасения страны снижение детской смертности мало что даст. Ключевую роль сейчас играет создание положительной мотивации многодетности путем участия родителей в прибылях их собственных детей. Точнее, в прибылях предпринимателей от их эксплуатации. Когда каждый выросший ребенок станет приностить родителям по 1000 долларов дохода в месяц, детей перестанут уничтожать, за них будут бороться.

В 19-м веке в России детская смертность составляла 40% . Причем 40% умерших приходилось на детей до 1 года. В 1900 году детская смертность снизилась до 27,2%, в 1946 году – до 12,4%. В 2000 году в России умирало 1, 58% новорожденных. В 2002 году эта цифра упала до 1,33, в 2005 – до 1,1%. В 2008 году ожидается снижение детской смертности до 1,0%. За год сейчас рождается около 2 миллионов детей, умирает 20000 младенцев. Первая причина этого прогресса - резкое укрепление материально-технической базы во вспомогательных учреждениях, улучшение контроля за беременными женщинами и внедрение ультразвуковой диагностики у беременных, биохимических и биологических тестов, введение отделения реанимации для новорожденных.

Однако статистика рождаемости не включает в число родившихся детей весом меньше 500 г., которых не регистрируют в детских домах. Если их учесть, то детская смертность в 2008 году увеличится вдвое против официальной цифры и составит 2%.

Эти цифры не принимают во внимание смерть детей от абортов. В конце 20-го века в России на одно рождение приходилось 2 аборта. В 21-м веке число абортов снизилось вдвое (из-за распространения контрацепции) но многие врачи говорят, что официальную статистику следует по крайней мере удваивать. С учетом этого детская смертность в России в 21-м веке больше, чем в 19-м.

Как мы видим, Япония – развитая страна. Значит именно в развитых странах продолжительность жизни наиболее высока.