Учебник Экология 10-11 класс Алексеев

СТРУКТУРА современной экологии (по А. в. Яблокову) ^ i экология * степей 1 экология! ::^fSE4 ПУСТЫНЬ ^ экология ТУНДР и АРКТИЧЕСКИХ ПУСТЫНЬ ПАЛЕОЭКОЛОГИЯ экология животных экология РАСТЕНИИр экология /Я МИКРООРГАНИЗМОВ •Г|0 экология „ГРИБОВ экология и МЕДИЦИНА __--*' экология и КУЛЬТУРА экология и МОРАЛЬ ■ экология и ПРАВО • ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ' экология и ЭКОНОМИКА экология и ПОЛИТИКА ИСТОРИЧЕСКАЯ экология ■т экология ГОРОДА 1УРБОЭКОЛОГИЯ) ЭКОЛОГИЙ ЧЕЛОВЕКА, экология ГОР г экология КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ВОД экология ^ ОКЕАНА (МОРЯ)' КОСМИЧЕСКАЯ 'а W ЭКОЛОГИЯ g • экология АТМОСФЕРЫ экология AIMUOCPtPbl ГИДРОСФЕРЫ Ж ж -i-'h. экология ЛИТОСФЕРЫ экология' почв РАДИАЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКАЯ экология ЛАНДШАФТНАЯ ЭКОЛОГИЯ ГЛОБАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ------ЭКОЛОГИЯ РЕКРЕАЦИОННАЯ ЗКОЛО! ИН ИНЖЕНЕРНАЯ (ПРОМЫШЛЕННАЯ) ЭКОЛОГИЯ сельскохозяйственная экология (АГНОЗКОЛШ ИЯ) археоэкология с. в. Алексеев ЭКОЛОГИЯ с. в. Алексеев экология УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ для 10-11 КЛАССОВ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ Рекомендовано Комитетом по образованию Администрации Санкт-Петербурга САНКТ-ПЕТЕРБУРГ СМИО ПРЕСС 1997 УДК 574 А 32 ББК 57.026 Рецензенты; Алексашина И. Ю., к.п.н., доцент СПбГУПМ Лавров С. Б., д. г. н., профессор СПбГУ Пономарева И. Н., д. п. н., профессор РГПУ им. А. И. Герцена Кавтарадзе Д. Н., д. б. н., профессор МГУ Державина Т. Б., заслуженный учитель школы России Рекомендован Комитетом по образованию Администрации Санкт-Петербурга Алексеев С. В. А 32 Экология: Учебное пособие для учашихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений разных видов. СПб.: СМИО Пресс, 1997. - 320 с.; ил. Учебное пособие посвящено изучению основных направлений современной экологии. В 10-11 классах учащиеся изучают основы геоэкологии, экологии человека и города, промышленной, агро- и радиоэкологии, мониторинга окружающей среды. Пособие соответствует содержанию проектов образовательных стандартов (федерального и регионального) школьного экологического образования. Учебное пособие предназначено для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений разных видов (школ, лицеев, гимназий, колледжей и др.). ISBN 5-7704-0006-^ © Алексеев С. В., 1997 г. © Гульковский Н. Н..оформление обложки 1997 г. © «Симпозиум», 1997 г. © «СМИО Пресс», 1997 г. 3)ofiozue qjtif3bsi! Уже в 9 классе вы смогли познакомиться с основными положениями классической, глобальной и социальной экологий, изучили современную терминологию и подготовились к рассмотрению более конкретных научных областей экологии. Этими областями в нашем пособии стали геоэкология, экология человека, ур-боэкология, промышленная (инженерная) экология, агроэкология, радиоэкология и мониторинг окружающей среды. При изучении содержания курса экологии 10-11 классов вы сможете взглянуть на многие известные вам вопросы с другой, экологической стороны, например, на проблемы здоровья отдельного человека и человечества в целом, взаимодействия человека и природы в условиях крупного города, наблюдения, оценки и прогноза состояния окружающей среды (мониторинга) и др. Методическое оформление данного пособия аналогично оформлению учебника 9 класса: вопросы и задания для повторения, обобщения и систематизации знаний, тестовый контроль знаний. Методики практических работ вы сможете найти в учебном пособии «Практикум по экологии» (под ред. С. В. Алексеева, М.: МДС, 1996). Автор будет очень признателен, если вы напишете ему, понравилось ли вам пособие «Экология», изложите свои замечания, а может быть, и рекомендации по улучшению учебника. Наш адрес: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 11, Санкт-Петербургский государственный университет педагогического мастерства, кафедра экологического образования. 5 ВВЕДЕНИЕ Во Всемирной хартии природы, одобренной 37-й сессией Генеральной Ассамблеи ООН в 1982 г., записано: «Природу необходимо уважать и не нарушать ее процессы... Знания о природе следует широко распространять всеми возможными средствами... Следует предпринимать постоянные усилия в целях углубления знаний о природе путем проведения научных исследований и распространять такие знания без каких-либо ограничений». Последние 20 лет нашего столетия решением ЮНЕСКО объявлены годами экологического образования, которое сегодня рассматривается как одно из средств преодоления глобального экологического кризиса. Конференция ООН по проблемам окружаюшей среды и развитию, прошедшая в 1992 г. в. Рио-де-Жанейро, в своих декларациях подчеркнула огромную значимость экологии в разработке и реализации зашиты жизнеспособности планеты, выживании и устойчивом развитии человечества. Н. Н. Моисеев трактует термин «устойчивое развитие» (sustainable development) как «стратегию переходного периода, в результате которого может возникнуть режим коэволюции человека и природы». В 1992 г. вышла вторая книга Денниса Медоуза под названием «Новые границы роста» (с содержанием первой книги «Пределы роста» 1972 г. вы познакомились при изучении глобальной экологии в 9 классе). Логика рассуждений в этой работе такова, что экономику и окружающую среду необходимо рассматривать как единую систему. Он пишет: «Население и промышленный капитал являются главными действующими силами в индустриализируемых районах Земли. Три других сектора с тенденциями роста - производство про- 6 довольствия, использование ресурсов и загрязнение окружающей среды - структурно не способны воспроизводить себя. Они приводятся в движение приростом населения и промышленного капитала». Д. Медоуз предложил «формулу глобального развития», которая выглядит следующим образом: I = РхАхТ (IPAT), где I - нагрузка на окружающую среду; Р - население; А - благосостояние; Т - технология. Первый и второй члены формулы (I и Р) понятны без объяснений, тогда как благосостояние измеряется потреблением на душу населения, а технология - ущербом окружающей среде, производимым при использовании той или иной технологии на единицу продукции. Д. Медоуз подчеркивает, что в формуле важен каждый член, и каждая часть мирового сообщества может внести свой вклад в улучшение экологической обстановки на нашей планете: Юг - главным образом за счет снижения рождаемости, Запад - за счет разумного снижения потребления, а Восток -за счет перевода производства на экологические технологии. Идеальную (но, увы, нереальную!) картину будущего образно рисует экономист Массачусетского технологического института Лестер Туроу: «Если все население Земли будет обладать производительностью труда Швейцарии, стандартом потребления Китая, социальным выравниванием Швеции и дисциплиной Японии, то планета сможет вьщержать во много-раз больше населения, чем сегодня». Однако он сразу же предполагает и другое (более реальное!) положение: «Если производительность будет везде такой же, как в Чаде, а стандарты потребления, как в США, социальное и классовое сознание, как в Индии, и общественная дисциплина, как в Аргентине, трудно будет вьщержать и при современной численности населения». 7 в данном пособии мы рассмотрим наиболее важные проблемы человека в его взаимоотношениях с окружающей средой, здоровья, качества жизни и качества окружающей среды, населения и технологии, контроля состояния окружающей среды и многие другие. Эти проблемы изучаются частными научными областями экологии: геоэкологией, экологией человека, урбоэкологией, агроэкологией, промышленной (инженерной) экологией, радиоэкологией, мониторингом окружающей среды. При изучении всех рассматриваемых вопросов необходимо твердо помнить, что экология - это наука, изучающая взаимодействие живых систем с окружающей средой, и любая экологическая проблема может быть решена лишь тогда, когда для ее решения используется биоцентрический (полицентрический) подход, т. е. подход, в центре которого находится сам феномен жизни. 8 .. Ло Jiefte /шзбшОил o^ineaflSa нембек. qo ^есконечноапи q€e.iu-чи£аеИЯ /ночки co/ifiu/соснобеяил с o/cfaiMca/oiufiU с/гее/ой и /шччае/нсл испомзо^еинь /нмсячи /tftuftoq/шх qoMSuH, бывших qo /ного ifteMe/iu qjix //его бес/ииез/шми и qoMce £fieq/wuiu. Э. Реклю JJJeJ / ГЕОЭКОЛОГИЯ § 1. Что изучает геоэкология? На рубеже XX-XXI вв. география и экология становятся науками, способными прогнозиро- вать изменения природы на поверхности Земли, предлагать решения, устраняющие отрицательное воздействие человека на природу. Место геоэкологии в системе географических наук можно изобразить в виде детской пирамидки, где каждое колечко - частная географическая дисциплина. Осью, связывающей все «колечки», являются идеи докучаевской географии, а в современных условиях - экологический подход, экологйче-ская парадигма*. Предмет изучения геоэкологии ' Парадигма (от греч, paradeigma - пример, образец) - строго научная теория, воплощенная в системе понятий и являющаяся моделью постановки проблем и их решения , методов исследования. 9 Рождение геоэкологии трудно датировать точно - этот термин широко вошел в науку-, уже в 60-х годах им пользуются в научном обиходе в ФРГ. Если в конце 70-х годов геоэкология рассматривалась только как учение о естественном бюджете ландшафта, который количественно и качественно исследуется через круговороты веществ, то в 80-х годах содержание понятия геоэкологии значительно расширилось. Достаточно полное определение геоэкологии как комплексной науки дает В. Г. Морачевский: Геоэкология - наука, изучающая необратимые процессы и явления в природной среде и биосфере, возникающие в результате интенсивного антропогенного воздействия, а также близкие и отдаленные во времени последствия этих воздействий. В данном определении подчеркивается пространственно-временной фактор, являющийся очень важным в экологических исследованиях. Геоэкология решает следующие задачи: ♦ исследование источников антропогенного воздействия на природную среду и биосферу, их интенсивности и пространственно-временного распределения; ♦ создание и оптимизация геоинформационных систем*, обеспечивающих непрерывный контроль за состоянием природной среды (биосферы), в основе которых лежат различные виды мониторинга; ♦ изучение уровня загрязнения и разрущения компонентов глобальной геосистемы (атмосферы, Мирового океана, внутренних вод, литосферы, криосферы, биосферы), постоянный и повсеместный контроль их динамики; ♦ изучение антропогенной нагрузки на природные ландшафты и их функционирование как экосистем, нормирование и регу- Геоинформационная система (ГИС) - это система передачи информации в неживой природе. Д. Л. Арманд в качестве примера ГИС называет речной бассейн. Русло реки -это канал связи. Сверху вниз передается информация о составе и количестве рыхлого материала, поступившего в реку; снизу вверх - информация об изменении уровня принимающего водоема, например, озера. Террасы и строение водных отложений - это память системы об изменении уровня, эрозионной деятельности реки и др. 10 лирование нагрузок на экосистемы разных иерархических уровней, исследование реакции биосферы на антропогенные процессы различного характера; ♦ оценка, прогноз и моделирование последствий антропогенных воздействий, проявляющихся в изменении состояния компонентов глобальной и региональной геосистем, в изменении интенсивности процессов тепло-массо-энергообмена между ними для разных временных масштабов; ♦ геологическое исследование устойчивости природной среды, подвергнутой антропогенному воздействию; ♦ разработка рекомендаций по сохранению целостности природной среды и биосферы путем оптимизации хозяйственной деятельности и регламентации ресурсопотребления. ttt: Г?/' Зоп1гоал и задания /. Что изучает геоэкология? 2. Назовите основные задачи, которые решает геоэкология. 3. Каким образом можно охарактеризовать место геоэкологии в системе географических наук? ш. § 2. Основные понятия геоэкологии География изучает сложные территориальные системы, образующие структуру земной поверхности. Эти системы могут быть природными (природные комплексы), социальными (территориально-производственные комплексы, ТПК) и природно-общественными (например, природно-хозяйственные районы). Понятия «системность», «системный подход», «системный анализ» и другие прочно вошли в обиход науки и все время углубляются. Почти каждый объект на Земле; растения, животные, человек, этнос, рельеф, почва и др. - может быть рассмотрен с позиции системного анализа. Системный подход позволяет не только 11 Сочава Виктор Борисович - геоботаник, географ. Основоположник современного учения о геосистемах. по-новому взглянуть на объект (как на целое), Оно и охарактеризовать его количественно. «Природу нужно рассматривать как целое, ес' ли мы хотим понять ее детали», - отмечает В. С. Жекулин. Все геосистемы, т. е. земные системы, взаимодействуют друг с другом, как, например, суша и океан, лес и климат, природа и хозяйство, окружающая среда и город и т. п. Имеются разные точки зрения на понятие «геосистема». В. Б. Сочава, А. Г. Исаченко и др. считают, что геосистема - это природная система (природный комплекс, ландшафт). Другие ученые используют понятие «геосистема» для обозначения любых территориальных комплексов, сформировавшихся на поверхности Земли: природных, социальных, природно-социальных (В. М. Гох-ман, А. А. Минц, В. С. Преображенский и др.). К. Бухвальд и др. используют понятие «геосистема» и для рассмотрения экологосоциально-экономических комплексов. Обобщая указанные подходы, можно дать следующее определение геосистемы: Геосистема - это земное пространство, где компоненты природы находятся в системной связи друг с другом и как целостность взаимодействуют с космической средой и обществом. В слове «геосистема» первая часть указывает на территориальность как важное свойство системы. Это необходимо подчеркнуть потому, что многие системы не являются территориальными (например, организмы животных, человека, языковые системы и др.). Таким образом, геосистемы выявляются только на определенной территории. Географическая оболочка - это геосистема, ландшафтная сфера - тоже геосистема, ландшафт - геосистема, т. е. существует иерархия, соподчинение геосистем разного уровня сложности. 12 Фация и урочище. А, Б, В - фации; 1,2- урочища холмистой и горной территорий Возникает вопрос, а что же является средой геосистемы, если вокруг одни геосистемы? Средой данной геосистемы будет геосистема более высокого ранга. Так, для фации среда -это урочище, для урочища -ландщафт, для ландщафта -округ, наконец, для географической оболочки - Галактика. Наименьщей геосистемой, представляющей собой различимую фитоценологическую единицу растительного сообщества, в которой преобладает какой-то вид, является фация (от лат. facies - облик). Система фаций с однородными условиями среды образует урочище - морфологическую часть природного ландшафта (например, моренный холм, солончаковая впадина). Ландшафт - это участок земной поверхности, однородный по своему происхождению и истории развития и ограниченный природными рубежами. Он характеризуется территориальной целостностью, генетическим единством, однородностью геологического строения, рельефа, климата, единообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов. Еще более сложной геосистемой является географическая оболочка. Ландшафт 13 Геосистема и экосистема (по В. С. Преображенскому) Географическая оболочка представляет собой сложное образование, состоящее из взаимодействующих главных земных сфер или их элементов - атмосферы, гидросферы, литосферы, педо-сферы, биосферы. Компонентами географической оболочки являются воздух, вода, горные породы, почва, живое вещество (растения, животные, микроорганизмы). Мощность географической оболочки, по мнению большинства исследователей, составляет в среднем 30-35 км (на 25-30 км вверх от поверхности Земли и на 4-5 км вниз). В пределах географической оболочки Ф. Н. Мильков выделяет ландшафтную среду. Это небольшая по мощности поверхностная сфера, включающая кору выветривания, почвы, растительность, животный мир, приземные слои воздуха, поверхностные и грунтовые воды суши. Именно в ландшафтной сфере сложились наиболее благоприятные условия для развития жизни. Мощность ландшафтной сферы в зоне тундры составляет всего 5-10 м, а в тропической зоне - до 100-150 м. Такое различие в основном определяется степенью развития коры выветривания, высотой деревьев. Основное различие между геосистемой и экосистемой заключается в следующем: по функционированию геосистема - это система полииентричная. а экосистема - биопентричная (в центре - живая система). 14 Понятие «геосистема» по смыслу очень близко к понятию «природный комплекс», с которым вы познакомились, изучая курс физической географии. /Sonfiocu и заманил /. В чем заключается суть системного подхода? 2. Дайте определение понятию «геосистема». Приведите примеры геосистем разного уровня. 3. В чем сходство и в чем различие геосистемы и экосистемы? § 3. Некоторые аксиомы' геоэкологии Современный уровень географических и экологических знаний позволяет принять ряд аксиом в качестве основы, на которой продолжается разработка теории геоэкологии. ♦ Аксиома В. И. Вернадского о биосфере. I Биосфера представляет собой глобальную экологическую систему, в которой живое вещество взаимодействует с элементами литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы. ♦ Положение о составе элементов. В любой экосистеме в определенной мере присутствуют элементы разных геосфер. Системообразующая роль элементов неравнозначна. В. И. Вернадский ведущую роль отводил живому веществу: «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». ’ Аксиома (греч. axioma) - положение, принимаемое без логического доказательства, в силу его непосредственной убедительности. 15 Оценивая роль элементов в формировании геосистем, Н. А. Солнцев ранжирует элементы геосистем следующим образом: ♦ Земная кора. ♦ Поверхностные воды. ♦ Метеорологические условия. ♦ Почвенно-растительные комплексы и животный мир. Рассматривая элементы окружающей среды как экологические факторы, В. В. Мазинг вьщеляет среди них три главных: ♦ Растительный покров. ♦ Количество осадков и их сезонное распределение. ♦ Водный режим. Исследование геосистем (экосистем) допускает прием, когда сознательно отбрасываются отдельные элементы, роль которых, с точки зрения данной конкретной задачи геоэкологии, несущественна. Это положение отвечает принципу ограничения разнообразия информации Эшби. Его еще называют принципом «бритвы Оккама», который гласит: «Не следует делать посредством большего то, чего можно достичь посредством меньшего». ♦ Принцип симметрии П. Кюри. Симметрия порождающей среды отражается в симметрии тела, возникающего в этой среде. При взаимодействии природных систем со средой симметрия рассматривается как состояние пространства, характерное для среды, где происходит данное явление. Принцип симметрии проявляется, например, в узоре растительного покрова, характер которого определяется факторами среды и прежде всего рельефом. Состав и структура растительного сообщества, как правило, соответствуют экологическим условиям его местообитания. Таким образом, растительное соПринцип симметрии общество и среда симметричны. 16 Наряду с симметрией, П. Кюри придавал важное значение диссимметрии - исчезнувшим элементам собственной симметрии данного природного объекта. ♦ Аксиома В. Б. Сочавы об иерархической структуре биосферы. Биосфера представляет собой систему, организованную в виде множества подсистем различного уровня. Принцип иерархической определенности - один из главных в геоэкологии. Следуя этому принципу, необходимо четко определять иерархический уровень, на котором ведется изучение геосистем и разрабатываются модели экологических связей. Переход от одного уровня к другому сопровождается качественным изменением свойств системы. (Вспомните принцип эмерджентности из курса экологии 9 класса.) ♦ Аксиома В. С. Преображенского о границах геосистем (экосистем). Каждая геосистема (экосистема) занимает определенную площадь и объем и отделена от соседних систем естественными , или антропогенными границами. Л. Г. Берг писал, что охарактеризовать и вьщелить какой-либо географический ландшафт можно лишь тогда, когда мы установим границы, отделяющие один ландшафт от другого. 6onflOCbt и 3{UfOHUA /. Сформулируйте основные аксиомы геоэкологии и дайте им краткое обоснование. 2. Приведите примеры применения принципа «бритвы Оккама» в различных жизненных ситуациях. 2 Заказ 452 17 у § 4. Классификация ландшафтов в связи с воздействием человека на природу в науку вошли и получили широкое распространение понятия «антропогенный ландшафт» и «культурный ландшафт». Одна из первых классификаций ландшафтов принадлежит В. П. Семенову-Тян-Шанскому, который по степени воздействия человека все пейзажи (так он называл ландшафты) подразделял на следуюшие: первобытные (девственные); полудикие (слабо затронутые влиянием человека); культурные (преобразованные); дичающие (частично самовозобновляющиеся в результате упадка человеческой культуры); одичавшие (с возобновлением всех элементов первобытного ландшафта). После В. П. Семенова-Тян-Шанского было предложено много классификаций, мы же ограничимся делением геокомплексов на три группы (что характерно для СевероЗападного региона России): ♦ Естественные (с ненарушенным строением). Эти комплексы могут посещаться человеком, а также находиться под влиянием соседних измененных комплексов. Но все эти внешние по отношению к комплексу влияния не изменяют его структуры. ♦ Измененные (с нарушенным строением). К этой группе относятся, во-первых, антропогенно-естественные комплексы, т. е. возникшие под воздействием человека географ. Основные (прямым ИЛИ косвенным), но в дальнейшем работы посвящены проблемам страно- развивающиеся как естественные, без влия- ведения, природо- ния человека, например, пойменные луга, ко-ведению и заповед- ^ никам, картографии торые образуются на месте вырубленного у ландшафтам и др. реки леса. Семенов-Тян-Шанс-кий Вениамин Петрович (1870-1942) -известный русский 1S Во-вторых, к этой группе относятся антропогенно-восста-навливаемые комплексы, т. е. находящиеся в процессе своего восстановления. Так, сосновый зеленомошный лес, возникший под влиянием человека (вырубка коренного леса, пожар), через некоторое время превращается в ельник-зеленомошник, который является зональным типом для данного района. В-третьих, в эту группу входят антропогенно-деградируемые комплексы, формирующиеся при разрушении окультуренных (преобразованных) геокомплексов, структуру окультуренного комплекса, - это эрозия, засоление, заболачивание, возникновение развеваемых песков и т. п. Так, на Северо-Западе России в отдельных местах наблюдается зарастание лесом заброшенных пашен и суходольных лугов. Естественный ландшафт Процессы, разрушаюшие Нарушение ландшафта при строительстве трубопровода 19 2 ifKL -- ЩГ’’- . ♦ Окультуренные (npeo-^ бразованные) - целенаправленно измененные. Это главным образом урочища и фации, в основном соответствующие сельскохозяйственным типам использования земель: пащни, культурные пастбища, сады, насажденные леса и парки, плантации и т. п. Целесообразно различать Окультуренный ландшафт три ПОНЯТИЯ: «антропогенное происхождение», «антропогенное изменение» и «антропогенное преобразование». Антропогенными по происхождению являются преимущественно простые геосистемы - фации, урочища и реже местности (группы урочищ). Применительно к геосистемам более высокого ранга лучще использовать понятие «антропогенное изменение» (ландщафты, округа, провинции и т. п.). Антропогенно-преобразованными могут быть только культурные ландщафты. Ю. Г. Саущкин дал следующее определение этому понятию: «Культурным ландшафтом называется такой ландшафт, в котором непосредственное приложение к нему труда человеческого обшества так изменило соотношение предметов и явлений природы, что ландшафт приобрел новые, качественно иные особенности по сравнению с прежним, естественным своим состоянием». В пределах культурного ландшафта обычно выделяют участки трех типов: ♦ Продуктивное ядро ландшафта - участок интенсивного технологического воздействия (поля, сады, виноградники и т. п.). ♦ Рекреационная микрозона - парки, зеленый пояс, используемый для отдыха населения, коллективные сады и т. п. ♦ Заповедная территория - условно неизменные природные комплексы с ненарушенной структурой. Главный отличительный признак этой территории - полный запрет хозяйственной деятельности. 20 Каково должно быть соотношение между тремя структурными частями культурного ландшафта? Ответить на этот вопрос нелегко. Д. Л. Арманд считает, что около 90% территории земли, которая может быть освоена, следует отвести под сельское хозяйство и эксплуатируемые леса, 9% -под рекреацию, около 1% -под заповедники. По типу использования ландшафтов, а следовательно, и направленности антропогенного изменения их можно разделить на три группы: ♦ Сельскохозяйственные ландшафты - это ландшафты, измененные в процессе сельскохозяйственного труда населения (растениеводство, животноводство и другие отрасли). Под влиянием человека естественный растительный покров в них заменяется полевыми и луговыми культурами, а также фруктовыми садами, пасеками и т. п. Все это существенно изменяет природную геосистему. Особенно сильно трансформируется тепловой и водный режим территории. Так, испарение и сток в сельскохозяйственных ландшафтах происходит интенсивнее, чем на территориях, покрытых лесом. На полях задерживается меньше влаги, но тепловой обмен выражен ярче, поскольку приток радиации на поверхность больше, чем в лесу. Это оказывает влияние на деятельность микроорганизмов, характер процессов почвообразования и др. ♦ Лесохозяйственные ландшафты - это ландшафты, измененные в процессе лесопользования. Наименее нарушены геосистемы, в которых преобладают леса, имеющие водоохранное, почвозащитное значение. ♦ Горнопромышленные ландшафты - это ландшафты, измененные в результате добычи полезных ископаемых, главным образом открытым способом. В геосистемах происходит коренное изменение литогенной основы ландшафтов, почв, растительности. Кроме указанных групп, по типу использования вьщеляются также следующие виды антропогенных ландшафтов: водохозяйственные - используемые в целях ведения водного хозяйства и из- 21 Горнопромышленный ландшафт меняемые в процессе мелиоративного строительства; рекреационные - используемые и изменяемые в процессе организации отдыха населения; застроенные территории - геосистемы городов и сельских поселений. Геотехническими называют системы, в которых в составе единого целого функционируют элементы природы и техники, контроля, регулирования, управления. Данный подход сформулировался на основе изучения взаимодействия крупных гидротехнических сооружений с ландшафтами прилегающих территорий (водотранилища ГЭС и ландшафт, каналы и ландшафт). TTTj 3onfioct>t и заманил /. Какую классификацию ландшафтов предложил В. П. Се-менов-Тян-Шанский? 2. Приведите примеры геосистем, антропогенных по происхождению, антропогенно-измененных и антропогенно-преобразованных. 3. Что такое культурный ландшафт? У. Что называется геотехнической системой? 22 § 5. Природные ресурсы и их использование Природные ресурсы - это объекты и силы природы, используемые человеком для поддержания своего существования. К ним относятся солнечный свет, вода, почва, воздух, полезные ископаемые, энергия приливов и отливов, сила ветра, растительный и животный мир, внутриземная теплота и др. Человек использует природные ресурсы в качестве источников энергии, предметов потребления, средств и предметов труда и др. На фоне роста масштабов производства на первый план выступает вопрос об ограниченности природных ресурсов, необходимых для удовлетворения потребностей цивилизации, и о путях их рационального использования. Человечество не может существовать, не используя природные ресурсы, не влияя на их количество и качество, а следовательно, не внося изменений в окружающую его природную среду. Природные ресурсы классифицируют по ряду признаков: ♦ по их использованию - на производственные (сельскохозяйственные и промышленные), здравоохранительные (рекреационные), эстетические, научные и др.; ♦ по принадлежности к тем или иным компонентам природы - на земельные, водные, минеральные, а также животный и растительный мир и др.; ♦ по заменимости - на заменимые (например, топливноминеральные энергетические ресурсы можно заменить ветровой, солнечной энергией) и незаменимые (кислород воздуха для дыхания или пресную воду для питья заменить нечем); ♦ по исчерпаемости - на исчерпаемые и неисчерпаемые. К неисчерпаемым природным ресурсам можно условно отнести солнечный свет, атмосферный воздух, воду, энергию ветра, энергию приливов и отливов, внутриземную теплоту. Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновимые, относительно возобновимые и невозобновимые (схема №1). 23 Классификация природных ресурсов по их исчерпаемости и возобновимости NJ Невозобновимые ресурсы - это ресурсы, которые совершенно не восстанавливаются или скорость их восстановления настолько мала, что практическое использование их человеком становится невозможным. К ним относятся, например, полезные ископаемые, находящиеся в недрах земли. К относительно возобновимым ресурсам относят почву и лесные ресурсы, которые обладают способностью к самовосстановлению, но процесс этот происходит в течение многих десятилетий и даже столетий. Возобновимые ресурсы - это ресурсы, способные к восстановлению через различные природные процессы за время, соизмеримое со сроками их потребления. К ним относятся растительность, животный мир и некоторые минеральные ресурсы, осаждающиеся на дно современных озер и морских лагун. В 1957 году П. Дансеро сформулировал закон необратимости взаимодействия «Человек - Биосфера», согласно которому Часть возобновимых природных ресурсов (животных, расти' тельных) может стать исчерпаемой, невозобновляемой, если че-1ловек при нерациональных сельскохозяйственных, гидротехнических, промышленных и других мероприятиях сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство. Так, неконтролируемая охота на стеллерову корову привела к ее исчезновению как биологического вида. То же самое произошло и с некоторыми другими видами животных. В целом за последние 4(Ю лет с лица Земли исчезло свыше 160 видов млекопитающих и птиц. В настоящее время, по данным Международного союза охраны природы (МСОП), в результате человеческой деятельности ежегодно исчезает по одному виду животных и растений. Деление ресурсов по какому-то признаку весьма условно, поскольку один и тот же ресурс, например, вода в озере, может быть использован как для промышленных, сельскохозяйственных и рыбоводческих нужд, так и для рекреационных целей или просто имеет большую эстетическую ценность. При этом часто в действие вступает правило материального ресурса, согласно которому использование ресурса в одних целях затрудняет или ис- 25 ключает использование в других. Если в озеро сбрасываются отходы промышленного предприятия, даже в значительной мере очищенные, использование воды в. целях рыбоводства и оздоровления населения затрудняется или становится невозможным. В связи с этим в каждом конкретном случае необходимо рассматривать целую сеть природных взаимосвязей и определять оптимальный вариант, приемлемый как для природы, так и для общества. Процесс эксплуатации природных ресурсов в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества называется природопользованием. И. В. Комаром была предложена концепция так называемых ресурсных циклов. Ресурсный цикл - это цикл превращения природных веществ, который последовательно включает выявление, добычу, переработку того или иного ресурса и обратное возвращение в природу отходов этих процессов. И. В. Комар вьщелил шесть следующих ресурсных циклов: энергоресурсы; металлорудные ресурсы; неметаллическое ископаемое сырье; лесные ресурсы; почвенно-климатические ресурсы; ресурсы дикой фауны и флоры. Как легко заметить, первые три цикла связаны с невозобновимыми, а остальные - с возобновимыми природными ресурсами. ’ Что касается невозобновляемых ресурсов, то их истощение со временем неизбежно, и задача заключаетея не столько в том, чтобы растянуть эти ресурсы на более длительный срок, сколько в том, чтобы до исчерпания того или иного природного ресурса найти ему заменитель природного или искусственного происхождения либо изыскать возможность его регенерации за счет использования вторичного сырья. Г Bonftooft и заманил /. Что такое природные ресурсы и какова их роль в жизни и деятельности человека? 2. Приведите примеры исчерпаемых и неисчерпаемых, возобновимых и невозобновимых ресурсов. 26 3. Какая взаимосвязь существует между степенью использования природных ресурсов и загрязнением окружающей среды? У. Что называется ресурсным циклом? 5. Приведите примеры ресурсных циклов (по концепции И. В. Комара). § 6. Некоторые закономерности развития глобальной геосистемы географической оболочки Географическая оболочка имеет сложное мозаичное строение, она состоит из природных комплексов разного размера. Природные комплексы, образовавщиеся на суще, называют природными территориальными, а в океане или в другом водоеме -природными аквальными. В настоящее время больщинство природных комплексов в той или иной степени изменено, преобразовано или даже заново создано человеком. Такие природные комплексы называются антропогенными. Значительный вклад в познание закономерностей формирования и развития географической оболочки Земли внесли отечественные ученые: А. А. Григорьев, Л. С. Берг, К. К. Марков, Н. А. Солнцев, А. Г. Исаченко и др. Стройную концепцию учения о географической оболочке земного щара предложил С. В. Ка-лесник. В ней четко сформулированы основные закономерности развития географической оболочки; целостность, круговороты веществ, ритмические явления, зональность и атональность, полярная асимметрия. Целостность - это единство географической оболочки, обусловленное тесной взаимосвязью слагающих его компонентов. 27 Цепная реакция в природе Изменение одного из компонентов неизбежно приводит к изменению других и географической оболочки в целом. Под цепной реакцией в природе понимается цепь природных процессов, каждый из которых влечет за собой изменение других, связанных с ним явлений. Например, вырубка лесов в бассейне реки приводит к усыханию малых рек - притоков, снижению уровня грунтовых вод, уменьшению влажности почвы, снижению уровня воды в реке и озере. Это вместе с другими факторами ведет к недостатку воды в городе, гибели рыбы, усиленному развитию сине-зеленых водорослей и др. В связи со сложностью взаимосвязей и слабой их изученностью окончательные последствия антропогенного воздействия на экосистемы могут проявиться через несколько десятилетий самым неожиданным образом (например, экологические проблемы Арала, Ладоги и др.). 28 Целостность свойственна всем природным комплексам. Она достигается круговоротом вещества и энергии. Именно на целостности как важнейшем свойстве географической оболочки должна базироваться теория и практика рационального природопользования.' Географической оболочке свойственна ритмичность развития -повторяемость тех или иных природных явлений через определенные промежутки времени. Суточные ритмы, годовая и многолетняя динамика и ритмика подробно рассмотрены в учебнике экологии 9 класса (раздел I, глава 3). Наиболее крупные ритмы в истории Земли связаны с тектоническими (от греч. tektonikos - созидательный) явлениями, магматической активностью и изменениями геомагнитного поля. Кроме того, в истории Земли отмечается повторяемость великих ледниковых эпох, которые разделялись интервалами времени порядка 150-200 млн. лет. Некоторые ритмы связаны с неравномерным облучением Земли в связи с ее движением вокруг Солнца. Изменение времени наступления равноденствий, наклона оси вращения к эклиптике и эксцентриситета земной орбиты происходит соответственно с периодами приблизительно в 21 000 лет, 40 000 и 92 000 лет. Эти периоды, выделенные югославским ученым М. Миланковичем, могли служить причиной климатических колебаний. Среди внутривековых ритмов наиболее четкими оказались циклы продолжительностью, 11, 30-35 и 20-50 лет. Эти ритмы отмечены во многих природных процессах. Так, 11-летняя цикличность наблюдается в толщине годичных колец у деревьев, во вспышках некоторых эпидемических заболеваний, в ритмах массовых размножений саранчи и др. 35-летние ритмы (ритмы Э. Брик-нера) установлены для всего земного шара, когда серия влажных и прохладных лет сменяется серией теплых и сухих. Эти ритмы А. В. Шнитников установил в колебаниях уровня Ладожского озера, озер Казахстана и юга Западной Сибири. 29 Планетарной закономерностью, установленной русским ученым В. В. Докучаевым (18461903), является зональность - закономерное изменение природных комплексов по направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством поступающего на разные широты тепла в связи с шарообразной формой Земли. Зональны климат, воды суши и океана, процессы выветри-Докучаев Василий , , _ Васильевич - рус- вания, некоторые формы рельефа, образую- ский почвовед. На- щиеся ПОД влиянием внешних сил (поверх- учные исследова- . ния относятся к гео- ностных ВОД, ветра, ледников), раститель- логии, минералогии, ность, почвы, животный мир. Наиболее круппочвоведению, гео- i ^ графин, агрономии. зональные подразделения географической оболочки - географические пояса. Они отличаются друг от друга температурными условиями, а также общими особенностями циркуляции атмосферы, почвенно-растительного покрова и животного мира. На суше вьщеляются следующие географические пояса: экваториальный и в каждом полушарии субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, а также в северном полушарии субарктический и арктический, а в южном - субантарктический и антарктический. Аналогичные по названию пояса выявлены и в Мировом океане. Внутри поясов по соотношению тепла и влаги выделяются природные зоны, названия которых определяются по преобладающему в них типу растительности. Так, например, в субарктическом поясе это зоны тундры и лесотундры, в умеренном поясе -зоны лесов, лесостепи, степи, полупустынь и пустынь. Интересная закономерность изменения природы, получившая название высотной поясности, наблюдается в горных районах. Высотная поясность - закономерная смена природных компонентов и природных комплексов с подъемом в горы от их подножия до вершин. Она обусловлена изменением климата с высотой: 30 понижением температуры (на 0,6°С на каждые 100 м подъема) и увеличением количества осадков. В жизни биосферы, помимо явлений, подчиняющихся закону зональности, не менее важную роль играют процессы азонально-сти, т. е. не зависящие непосредственно от распределения солнечной радиации. Это движения земной коры, образование складок, разломов, вулканизм, землетрясения и др. Как отмечает С. В. Калесник, все разнообразие земной поверхности, отраженное в различии природных ландщафтов, есть результат сочетания и взаимодействия зональных и азональных процессов. В 1923 г. В. И. Вернадский в своих лекциях по геохимии в Париже указал на явление диссимметрии нащей планеты на примере подвижной части земной коры - астеносферы (от греч. asthenes - слабый) в районе Тихого океана: «Существование диссимметрии (не сплощных оболочек) указывает, что их происхождение связано с геологическими явлениями в истории, имеющими планетарный характер. Оно отражается коренным образом на всех явлениях, имеющих место на Земле, и на всех явлениях, с Землей связанных». В. И. Вернадский впервые получил количественный показатель, подтверждающий диссимметрию планеты: общий коэффициент отнощения суши и моря равен 1:2,4. И, наконец, В. И. Вернадский указал на возможность нахождения «диссимметричных явлений» даже в Космосе. Важной особенностью развития географической оболочки является полярная асимметрия. Еще в 1914 г. Дж. Грегори в своей работе «Образование Земли» писал, что «фундаментальная разница между северным и южным полушариями есть наиболее бросающаяся в глаза черта в плане Земли». Правильность выделения этой особенности биосферы подтверждается новейшими материалами о наличии полярной асимметрии у планет земной группы и даже планет-гигантов. Рассмотрим лишь наиболее интересные факты асимметрии северного и южного полушарий нашей планеты. Прежде всего уже сама фигура Земли асимметрична, причем северная полярная полуось на 70-100 м длиннее южной, поэтому полярное сжатие северного полушария меньше, чем южного. Фи- 31 I III! 5Тг EMFilsSa i Ш IgMin )1в1Д —317 ЕЕ т\0А ^ 1 Й 4 " " ТМ !А4 Шш ( 1 1 1 лз 1 VI I* 1 I0J 1 Суша *-I I Mope э.в L lii Ю Площади суши и моря в млн. кв. км 90" 80“ 70“ 60“ 50“ 40“ 30“ 20“ 10“ 0“ 10“ 20" 30“ 40“ 50“ 60“ 70“ 80“ 90“ Полярная асимметрия суши и океана (по Г. Н. Каттерфельду и Л. П. Шубаеву) гура Земли напоминает кардиоидальный эллипсоид с осевой впадиной на Южном полюсе и выпуклостью - на Северном. Асимметричность северного и южного полушарий заключается и в том, что суша в северном полушарии занимает 39%, а в южном - 19%. Асимметричность суши и океана северного и южного пол1^арий влечет за собой асимметричность в распределении других компонентов географической оболочки. Различия между северным и южным полушариями особенно ярко проявляются при рассмотрении растительных и животных сообществ. В северном полушарии огромные пространства занимает таежная зона, которая в Евразии с запада на восток тянется более чем на 7000 км, в Северной Америке - на 5000 км. В южном полушарии ей аналогов нет. В целом в южном полушарии отсутствуют именно те географические зоны, которые на материках северного полушария занимают самые большие территории (тундра, лесотундра, тайга, смешанные и широколиственные леса практически отсутствуют на юге южного полушария). Отдельные виды растений встречаются только в северном полушарии (сосновые, секвойи, таксодиевые), другие (подокарпус, араукария, дакриди-ум) - произрастают в южном. Отличия проявляются и в животном мире. Пингвинам Антарктиды противостоят наземные животные Арктики: белые медведи, овцебыки, лисицы, копытные. В южном полушарии отсутствуют такие животные, как двугорбые верблюды, яки, моржи, а в северном нет ламы, нототениевых рыб и др. Только южному полушарию (Австралия, Новая Зеландия) свойственны сообщества таких животных, как утконос, ехидна, кенгуру, сумчатый волк, киви, коала, сумчатые белки и др. 32 ; f t? i /Sonfiocbt и заманил /. Что такое географическая оболочка? Назовите основные закономерности ее развития. Приведите примеры проявления этих закономерностей в природе. 2. Что такое природный комплекс? Приведите примеры разных по размеру природных комплексов. 3. Приведите примеры цепных реакций в природе, когда вмешательство человека в естественные природные процессы привело к серьезным негативным последствиям. й Практическая работа №1 (по практикуму № 17). Составление геоэкологических карт. 7П*овсть сет Дайте определения или характеристику основным понятиям и терминам главы «Геоэкология»: геоэкология; географическая оболочка; ландшафтная сфера; ландшафт; природная среда; геосистема; устойчивость, динамика, функционирование, саморегулирование, полицентризм геосистем; аксиомы геоэкологии; фация; урочище; антропогенный и культурный ландшафты; природные ресурсы; ритмика природных процессов; зональность биосферы; полярная асимметрия. вОЛТОСЫ и 3J2)JHUPt qusL no€fiiofteKUSL. о6об1цен.ил и сис1пем.а1йизсщии знаний /. Что изучает геоэкология? 2. Какие исследовательские задачи ставит перед собой наука геоэкология? 3. Дайте определение некоторых основных понятий: географическая оболочка, ландшафтная среда, ландшафт, природная среда, фация, урочище. 3 Заказ 452 33 4. в чем заключается сущность геосистемной концепции В. Б. Со-чавы? 5. Назовите основные свойства геосистем, дайте их краткую характеристику. 6. В чем принципиальное отличие геосистемы от экосистемы? 7. Дайте объяснение основным аксиомам геоэкологии. 8. Опишите различные классификации ландшафтов (В. П. Семе-нов-Тян-Шанский и др.). 9. Объясните классификацию ландшафтов по направленности антропогенного изменения. W. Что такое природные ресурсы? Их классификация, примеры. //. Назовите основные закономерности развития глобальной геосистемы - географической оболочки. 72. В чем сущность явления зональности, установленного В. В. Докучаевым? 73. В чем сущность явления полярной асимметрии? 74. Что называется геотехнической системой? Приведите примеры ГТС. 75. Согласны ли вы с советами «о расположении поля, которое предназначено для нивы», указанными в «Домострое» - энциклопедии традиций русского хозяйствования середины XVI в., в эпоху Ивана Грозного? «...Если хочешь иметь плодородную ниву, откажись от плоского поля, с которого вода не стекает, а напротив, стоит; но не должно оно быть и на слишком крутом склоне, чтобы стекало все, не оставляя воды; не должно оно быть в низине (на ней остается вода) и на холмах (чтобы лишние ветры и жары ему не вредили). Между этими крайностями есть середина полезная, ее и следует предпочесть: поле должно быть просторным и с небольшим наклоном или холмистое - с пологими вниз сторонами, чтобы не застаивался воздух, не заводилась затхлость... Захочешь выбрать ниву в стране холодной - пологий скат ее должен быть против солнца иль с юга... В странах же очень жарких 34 лучше выбрать ниву такую; что лежит на запад или к северу, то есть пологой частью в тени, чтобы уберечь от палящего солнца». /6. Попытайтесь опознать на космических снимках, выданных вам на уроке, знакомые окрестные территории и природные объекты: реки, озера, леса и др. t7. В чем заключается концепция ресурсных циклов И. В. Комара? ' ®' жесжовый ионжтоиь /. Основные запасы леса в Европейской экономической зоне России сосредоточены: 1. в Центральном Нечерноземье 2. в Поволжье 3. на Европейском Севере 4. на Северном Кавказе 5. нет правильного ответа 2. Процесс, включающий освоение естественных богатств и компонентов ландшафтов, преобразование и охрану природных комплексов и их частей, называется: 1. природопользованием 2. освоением ресурсов 3. промышленным потенциалом 4. преобразующей деятельностью 5. нет правильного ответа 3. Термин «географическая оболочка» был предложен ученым: 1. А. Григорьевым 2. Н. Реймерсом 3. А. Яблоковым 4. В. Жекулиным 5. С. Лавровым 4. Ландшафт - это: 1. комплекс геооболочек Земли 2. конкретный участок земной поверхности, ограниченный природными рубежами 3. наименьшая фитоценологическая единица растительного сообщества, в которой преобладает какой-то вид 3' 35 4. система фаций с однородными условиями среды 5. нет правильного ответа 5. В рамках геосистемной концепции, что является средой для геосистемы «урочище»? 1. фация 2. ландшафт 3. округ 4. Галактика 5. географическая оболочка 6. Какое свойство не характерно для геосистемы? 1. устойчивость 2. саморегулирование 3. пластичность 4. биоцентризм 5. нет правильного ответа . 7. Какой компонент не является элементом геосистемы по классификации Н. А. Солнцева: 1. земная кора 2. поверхностные воды 3. почвенно-растительные комплексы и животный мир 4. атмосфера 5. нет правильного ответа 8. Автор одной из первых классификаций ландшафтов: 1. В. П. Семенов-Тян-Шанский 2. В. Б. Сочава 3. В. С. Преображенский 4. В. В. Мазинг 5. В. В. Докучаев 9. Основоположник учения о природной зональности: 1. В. В. Докучаев 2. В. Б. Сочава 3. М. М. Будыко 4. С. В. Калесник 5. В. С. Преображенский 70. Ритмы Э. Брикнера - это сменяемость влажных и прохладных лет теплыми и сухими через ... лет: 1.11 2. 35 3. 50 4. 125 5. 200 //. Какой из пунктов не является компонентом концепции ресурсных циклов И. В. Комара? 1. энергоресурсы человеческие ресурсы металлорудные ресурсы лесные ресурсы почвенно-климатические ресурсы 36 гМ.нога ec/db 4i^qec на c£etiie. Человек — их всех щ<}есней. Софокл ___ии ничего не знаем о Mufie вне ею огнноменил к чеховею^. И. в. Гете JJJ8J 2 ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА § 1. История становления экологии человека Со здоровьем люди издавна связывали свое благополучие, счастье, возможность полноценно жить и трудиться. Во многих странах мира на всех этапах развития человеческого общества формировались свои представления о здоровье. Природная среда Социальная среда Человек и окружающая среда Ъ1 Гиппократ - древнегреческий врач, реформатор античной медицины. Труды Гиппократа стали основой дальнейшего развития клинической медицины. В них отразились представления о целостности организма, индивидуальном подходе к больному и его лечению, высоком моральном облике врача и др. ♦ Абу Али Ибн Сина (ок.930-1037 гг.) - ученый, философ, врач, музыкант. Основные сочинения: «Книга исцеления», «Книга указаний и наставлений», «Канон врачебной науки» и др. Великий мыслитель и философ Аристотель писал: «Здоровье человека - счастье. Высшее счастье заключается в превосходной мудрости. Человеческое счастье раскрьгеается в благоразумии и добродетели. Наслаждение человека - в деятельности, а физическое состояние должно сочетаться с душевной активностью». Еше древние греки наделили мифического бога врачевания Асклепия (в римской мифологии - Эскулапа) двумя дочерьми - Панакеей (Панацеей) и Гигиеей. Первой была отведена роль лечения больных-людей, второй - профилактика болезней у здоровых путем использования полезных и устранения вредных факторов среды обитания, а также формирования на этой основе здорового образа жизни. Результаты эмпирических наблюдений выражались в виде обычаев, традиций, законов и религиозных правил. Позднее они суммировались в первых научных трудах, принадлежащих знаменитому врачу древности Гиппократу (460-377 гг. до н. э.). В работах «О воде, воздухе и местностях», «О здоровом образе жизни» он писал, что болезнь есть результат жизни, противоречащей природе, поэтому врач, чтобы вьшолнять свои обязанности, должен тщательно наблюдать, как человек относится к пище, питью и всему, что его окружает. На Востоке вьщающуюся роль в изучении влияния внешней среды на здоровье человека сыграл знаменитый ученый Абу Али Ибн Сина, известный в Европе под именем Авиценны. Он разработал многие гигиенические правила об устройстве и содержании жилищ, правильном питании, уходе за детьми и т. п. Он впервые указал на возможность распро- 38 странения болезней через почву и воду. В XV-XVI вв. внешняя среда и условия жизни людей признаются ведущими в возникновении и развитии болезней. Врач и астроном Дж. Фракасторо обобщает наблюдения над путями распространения инфекций и пишет трактат «О заразных болезнях» (1546 г.), а врач Рамаццини - трактат о болезнях, обусловленных профессиями людей (1700 г.). Дальнейший прогресс науки, общественной жизни и культуры вьщвинул необходимость точных исследований влияния факторов внешней среды на здоровье человека. Первыми крупными сочинениями в этом направлении были руководство по гигиене Мишеля Леви, вышедшее в 1844 г. в Париже, и руководство по экспериментальной гигиене английского врача Паркса, опубликованное в 1854 г. в Лондоне. В России, как и в других странах, зачатки эмпирических знаний о связи условий жизни и здоровья людей возникли еще в Киевской и Новгородской Руси. Они нашли свое отражение в трактате о быте зажиточной русской семьи - «Домострое». Позже издается ряд указов об охране внешней среды и здоровья населения, в частности, о надзоре за санитарным состоянием городов (1737 г.), о санитарных условиях на суконных фабриках (1741 г.) и др. С развитием промышленности возникла потребность в научных, экспериментально обоснованных гигиенических рекомендациях по защите здоровья людей от неблагоприятных факторов внешней среды. Эту задачу начал успешно решать в 1871 г. в Императорской медико-хирургической академии профессор А. П. Доброславин. Научный коллектив под его руководством провел многочисленные исследования воды, воздуха, почвы, продуктов питания, одежды, жилищ и т. п., с точки зрения оценки их влияния на жизнедеятельность людей. Термин «экология человека» введен в науку американскими учеными Р. Парком и Э. Берджесом в 1921 году. Однако как научное направление экологии оно сформировалось только в 80-е годы. По определению ведущих отечественных ученых в этой области, В. П. Казначеева и А. Л. Яншина, экология человека -это комплексная наука, изучающая закономерности взаимодей- 39 ствия человека и окружающей его космопланетарной среды. Она изучает вопросы народонаселения, сохранения и развития здоровья, совершенствования физических и психических возможностей человека, закономерности биосоциальной организации человеческих популяций, влияние различных факторов окружающей среды на человеческий организм. Влияние внешних факторов окружающей среды на здоровье человека изучают и другие науки, такие, как медицинская география, экогигиена, валеология и др. Таким образом, в настоящее время образовался комплекс наук, исследующих здоровье людей планеты, способы его сохранения и укрепления. Объектом исследования этих наук является человек и человеческие популяции, предметом изучения - здоровье человека и человеческих популяций, целью - сохранение и укрепление здоровья, а методом достижения поставленной цели - профилактика болезней и преждевременного изнашивания организма путем оздоровления окружающей среды и организации здорового образа жизни людей. /Sonftocbrt и зае^аяил /. Как происходило становление нового направления экологии - экологии человека? 2. Что изучает экология человека? Что является объектом, предметом и целью данного научного направления? Каким образом достигается эта цель? 2. Основные понятия экологии человека Главным понятием экологии человека является здоровье. По определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), здоровье - это состояние полного физического, психического и социального благополучия. Следует различать здоровье конкретного человека и здоровье человеческой популяции (популяционное здоровье). 40 Здоровье конкретного человека формируется индивидуально в условиях общества на основе наследственных факторов и образа жизни, который ведет отдельный человек. Здоровье человека - это функциональное состояние его организма, обеспечивающее продолжительность жизни, физическую и умственную работоспособность, самочувствие и способность воспроизводства здорового потомства. Здоровье человеческой погЕуляции (населения) - популяционное здоровье - понятие статистическое, характеризующееся комплексом показателей, среди которых особое значение имеют следующее: ♦ рождаемость - измеряется числом рожденных детей за 1 год на 1000 человек населения; ♦ смертность (в том числе младенческая - смертность детей первого года жизни) - измеряется числом смертей за 1 год на 1000 человек населения; ♦ средняя продолжительность жизни (в 1990 г. для мира в целом эта величина составила 63 года; ожидаемая продолжительность предстоящей жизни при рождении в конце 80-х годов в России 70 лет, в том числе для мужчин - 64 года, для женщин - 74 года); ♦ прирост популяции (см. табл.№1). В Санкт-Петербурге в 1993 г. смертность (13,4) в 1, 7 раза превысила рождаемость (7, 7), а в 1995 г. - уже в 2, 2 раза. ♦ половозрастной состав населения; ♦ физическое развитие; ♦ заболеваемость, инвалидность и др. Таблица №1. Динамика демографических процессов в России (по Б. Хореву) Годы Рождаемость (на 1000 чел.) Смертность (на 1000 чел.) Естественный прирост 1980 15,9 11,0 +4,9 1981 16,0 10,0 +5,1 1982 16,6 11,7 +5,9 1983 17,5 11,0 +6,5 1984 16,9 11,6 +5,3 1985 16,5 11,3 +5,2 1986 17,2 10,4 +6,8 1987 17,1 10,5 +6,6 1988 16,0 10,7 +5,3 41 1989 14,6 10,9 +3,7 1990 13,4 11,2 +2,2 1991 12,1 11,4 +0,7 1992 11,2 12,0 -0,8 Здоровье населения отражает систему материальных и духовных отношений, существующих в обществе, а потому зависит от условий труда, обучения и бьп-а, качества окружающей среды, материальной обеспеченности, уровня развития здравоохранения и другах факторов. Многообразные факторы, влияющие на здоровье людей (доля влияния указана в скобках), ученые объединяют в четыре группы: ♦ Окружающая природная среда, природно-климатические условия: загрязнение атмосферного воздуха, воды, почвы, резкие смены атмосферных явлений, повышенные гелиокосмические, магнитные и другие излучения (~ 20%). ♦ Наследственность - предрасположенность к наследственным заболеваниям (~ 20%). ♦ Образ жизни - условия, режим труда (обучения) и отдыха, питание, физическая культура, микроклимат в семье и коллективе, вредные привычки (~ 50%). ♦ Здравоохранение - качество и своевременность оказания медицинской помощи (~ 10%). Чаще всего в научных исследованиях измеряют не количество здоровья, а величину его потери. И здоровье, в нашем бытовом понимании, определяется, по сути дела, как отсутствие болезни. В этом есть определенное нарушение очень важного методологического принципа познания окружающего мира, согласно которому нельзя доверять определениям, основанным на отрицании каких-либо явлений, качеств, свойств. В последние годы в науке появились интересные исследования, в которых определяется уровень'здоровья, а не процент заболеваемости. Ученые считают, что средняя видовая продолжительность жизни человека составляет 110-115 и даже 120-140 лет. Однако в действительности - в результате воздействия многих биологических и социально-экологических факторов - она значительно ниже, хотя и имеет тенденцию к повышению. 42 Существует много подтверждений тому, что в Древнем Риме и Древней Греции средняя продолжительность жизни составляла всего 25 лет. В средние века она поднялась примерно до 30 лет. В России на рубеже XIX и XX вв. она составляла 32 года. В наши дни по мере развития цивилизации средняя продолжительность жизни возрастает, прежде всего благодаря снижению младенческой и детской смертности. Человеческий организм - это сложная, многокомпонентная, открытая для окружающей среды биологическая система. Без окружающей среды человек существовать не может: для построения и восполнения постоянно разрушающихся элементов организма, создания необходимых резервов нужны вода, химические элементы, питательные вещества, определенные параметры физических факторов, например, температуры, давления, радиационного фона и др. Изменения в окружающей среде требуют от биологических систем приспособлений, соответствующих воздействиям, так как без этого условия организм не способен выжить, воспроизвести полноценное потомство, сохранить и развить здоровье существующего и будущих поколений людей, сохранить генофонд, выполнить социально-трудовую деятельность при максимальной продолжительности активной жизни. Человек живет в условиях постоянно меняющейся среды. Все проявления жизни обусловлены взаимодействием между внутренними силами организма и внешним влиянием окружающей среды. Чтобы понять взаимодействие в системе «человек - окружающая среда», необходимо иметь представление о тех механизмах, которые обеспечивают его гармоническое единство с окружающей средой, и о возможностях их нарушения в условиях воздействия неблагоприятных экологических факторов. GcHfiocbt и зси/анмл /. в чем единство и различия понятий «здоровье человека» и «здоровье человеческой популяции (популяционное здоровье)»? 43 й 2. Определите основные показатели популяционного здоровья населения. 2. Дайте характеристику основных показателей популяционного здоровья на примере населения России. У. Назовите факторы, влияющие на здоровье населения. Практическая работа №2 (по практикуму №8). Изучение показателей здоровья человека. § 3. Механизмы приспособления организма к окружающей среде Способность организма поддерживать свое устойчивое состояние долгое время оставалась загадкой. Первым, кто внес большой вклад в разработку этого вопроса, был французский ученый Клод Бернар. Он справедливо считал, что жизнь нельзя объяснить только на основе обычных химических или физико-химических процессов, что имеется тесная связь живого с окружающей его средой, которая выражается в различных формах приспособления. Даже при резких изменениях в окружающей среде жизнь человека не прекращается. К. Бернар впервые высказал предположение, что это связано с тем, что внутренняя среда человека, окружающая клетки и ткани, практически не меняется. У живого организма есть две среды: внешняя, в которой он живет, и внутренняя, в, которой живут элементы его тканей. К внутренней среде относятся кровь, тканевая жидкость, лимфа. К. Бернару принадлежит такой афоризм: «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни». 44 Если К. Бернар дал ншро-кое биологическое объяснение вопроса, то американский ученый Уолтер Кэннон сказал свое слово о постоянстве внутренней среды организма с точки зрения физиологии. У. Кэннон впервые упот- . ребил понятие гомеостаза к постоянству внутренней среды организма. Он один из первых Внутренняя и внешняя среда организма представил живой организм как сложную, открытую систему, имеющую множество связей с окружающей средой. Эти связи осуществляются через органы дыхания, рецепторы кожи и слизистых, пищеварительный тракт, нервно-мыщечные органы и др. Действие факторов окружающей среды через указанные пути передается соответствующим физиологическим системам, которые способны изменять свои функции в определенных пределах. Одним из механизмов приспособления организма к окружающей среде является саморегуляция - основа резистентности (устойчивости) организма к воздействующим факторам. Взаимосвязь интенсивности воздействия и включения адаптивных механизмов представлена в следующей схеме: Чрезвычайные, экстремальные Мобилизация всех воздействия ^ систем организма tt t Воздействия, превышающие Регуляция на норму * системном уровне ttt Обычные изменения среды . Автооегуляция на (в пределах нормы) ' локальном (местном) уровне А Т Гомеостаз Взаимосвязь интенсивности воздействия и включения адаптивных механизмов человека (по П. Д. Горизонтову) 45 Анохин Петр Кузьмич - известный физиолог. Основные научные исследования посвящены изучению нейрофи-зиолотческих механизмов высшей нервной деятельности. Проиллюстрировать приведенную схему можно на следующем примере. При снижении уровня сахара в крови срабатывает гомеостатический механизм в печени, который может повысить содержание сахара в крови до определенного предела. Если снижение сахара больше этого предела, включается следующий этап регуляции, теперь уже за счет инсулина и глюка-гона, гормонов поджелудочной железы. Глюка-гон усиливает распад гликогена в печени и образование гликогена из белков и жиров, обеспечивает ткани глюкозой, а инсулин способствует быстрейшей ее утилизации. Резкое падение уровня сахара в крови при воздействии экстремального фактора (например, тяжелой физической работы) включает высшие центры регуляции; гипофиз - промежуточный мозг. Таким образом, процессы, обеспечивающие гомеостаз, направлены на поддержание стабильного состояния и устранение (или ограничение) действия вредных факторов. Большой вклад в изучение механизмов приспособления организма к окружающей среде внес П. К. Анохин. Он явился основоположником физиологической кибернетики, создателем теории функциональных систем. Функциональная система - это такое сочетание процессов и механизмов, которое, формируясь, в зависимости от данных условий, непременно приводит к эффекту адаптации к этим условиям. Функциональная система создается всякий раз заново, применительно к воздействующему фактору, т. е. организм как бы организует «скорую неотложную помощь», способную в наикратчайший срок, наиболее экономно и рационально вывести организм из экстремальной ситуации. Феномен адаптации - это самостоятельная категория биологических явлений, результат эволюционно-исторического развития. Недостаточность механизмов адаптации означает снижение надежности биологической системы. 46 Воздействие антропогенных факторов на человека Важную роль в механизмах адаптации играет общий адаптационный синдром, так называемая стресс-реакция. Стресс как адаптивная реакция организма возникает под влиянием необычных для повседневной жизни воздействий окружающей среды. Стресс-реакция протекает в три этапа: реакция тревоги, когда мобилизуются все защитные силы организма; стадия устойчивости, при которой включаются механизмы долговременной адаптации; стадия истощения, при которой нарущаются адаптационные механизмы. Последствия стресс-реакции могут быть различными: либо стресс ведет к первоначальному состоянию и восстановлению гомеостаза, либо может стать началом развития болезни и гибели организма. В адаптации организма важная роль принадлежит имунной системе. Иммунитет (от лат. immunitas - избавление от чего-либо) -невосприимчивость организма к заразным болезням, зависящая от естественных или приобретенных в течение жизни свойств организма, препятствующих развитию в нем инфекции. Врожденный иммунитет (видовой или наследственный) - это устойчивость ор- 47 ганизма к определенным патогенным факторам (невосприимчивость людей к чуме рогатого скота, собак, куриной холере и т. д.). Это свойство передается по наследству и присуще определенному виду. Приобретенный иммунитет развивается в результате перенесения инфекционного заболевания или создается искусственно - прививкой соответствующей сыворотки или вакцины. Адаптация организма к изменениям окружающей среды осуществляется и за счет еще одного очень важного фактора -большого «запаса прочности» организма. Как считал Кэннон, организм устроен по плану ограниченного лимита и принципу строжайшей экономии. Примеров этому можно привести множество. Например, сердце может в любой момент увеличить число сокращений в 2 раза, а артериальное давление повысить на 3040%. Артериальная кровь содержит кислорода примерно в 3,5 раза больше, чем используется тканями. Организм переносит удаление 3/4 печени, полное удаление селезенки. Удаление 2/3 каждой почки переносится без серьезных нарушений почечной функции. Установлено, что 1/10 надпочечников достаточно для сохранения жизни. Запас прочности в живом организме достигается различными путями: резервными возможностями организма, изменением обмена веществ, включением других систем организма, изменениями структуры клетки (гипертрофия, регенерация) и т. д. В ходе эволюции соверщенст-вовалось «экономное и выгодное» расходование энергии и вещества. Принцип парности органов, принцип дублирования функций, детоксическая функция печени, принцип системности и саморегуляции лежат в основе адаптации организма к факторам окружающей среды. Но любая защитно-приспособительная организация - понятие относительное. Действующий фактор может предъявлять требования выше предела приспособительных возможностей человека. Несоответствие приспособительных возможностей человека к влиянию факторов внешней среды может носить количественный характер, когда интенсивность воздействия выше допустимого предела, или качественный характер, когда на организм действу- 48 и. и. Шишкин «Дубы», 1887 в. Д. Поленов «Пруд», 1880 и. и. Шишкин «Вид на острове Валааме», 1858 Мы живем среди природы, мы друзья ее. Она беспрестанно с нами беседует, но тайны свои не выдает. И.-В. Гете Во время экологических экспедиций Исследования no время летней экологической экспедиции в настоящее время свыгае 50-ти образовательных учреждений России активно включились в Международный эколого-образовательный информационный проект «Globe» (Global Learning and Observations to Benefit the Environment) - Глобальные исследования и Наблюдения во Имя Окружающей Среды. Приборное обеспечение и оснащение кабинета экологии или школьного экологического центра ют факторы, по отношению, к которым в нем не выработаны защитно-приспособительные механизмы. Это несоответствие может существовать длительное время или в необычном для организма ритме (временной аспект). Особое внимание следует уделять индивидуальной повышенной чувствительности организма к изменению окружающей среды (индивидуальный аспект). вопросы, и sacfUKusL /. Что называется гомеостазом организма? 2. Дайте краткую характеристику основным механизмам приспособления организма к окружающей среде. 3. Какова роль стресс-реакции в механизме приспособления организма к окружающей среде? У. В чем заключается роль имунной системы в обеспечении адаптации организма к окружающей среде? Л § 4. Воздействие антропогенных факторов на здоровье человека в настоящее время доказано, что неблагоприятная экологическая обстановка может явиться непосредственной причиной нарушения состояния здоровья человека, причем не только на уровне индивидуального здоровья (здоровья отдельных особей), но и на популяционном уровне. Наиболее изучено в этом плане воздействие химических факторов окружающей среды около 80 химических элементов, необходимых для построения определенных компонентов собственных клеток, построения гормонов, ферментов, дая поддержания нормального обмена веществ и т. д. Нарушения в состоянии здоровья могут быть связаны с недостатком или избытком определенных химических элементов на 4 Заказ 452 49 данной территории. Существуют территории, избыточно насыщенные токсичными элементами: свинцом, таллием, ураном и др. Есть регионы, «дефицитные» по йоду, железу, фтору. Две трети территории нащей страны испытывает недостаток йода, одна треть - фтора и селена. Это приводит к развитию так называемых эндемических (от греч. endemos - местный, свойственный данной местности) заболеваний. Сила токсического действия химического фактора на организм человека определяется многими компонентами, например, химическим строением, физико-химическими свойствами загрязнения, путями поступления в организм, способностью к кумуляции (накоплению), концентрацией, временем воздействия (экспозицией) и др. Как в првизводственных условиях, так и в обьщенной жизни человек редко подвергается действию одного вещества. Чаще всего происходит комбинированное воздействие на организм двух или нескольких загрязнителей одновременно. Возможны три основных типа комбинированного действия химических веществ на живые организмы: Комбинированное действие экологических факторов 50 ♦ Синергизм, когда одно вещество усиливает действие другого: (А + В) > (А) + (В). Воздействие суммы загрязнителей А и В значительно больше, чем сумма воздействий отдельно вещества А и вещества В. ♦ Суммация (аддитивное действие), когда воздействие веществ суммируется: (А + В) = (А) + (В). ♦ Антагонизм, когда одно вещество ослабляет действие другого: (А + В) < (А) + (В). Большую опасность для организма имеют ксенобиотики (от греч. xenos - чужой) - чуждые организму химические вещества. Они обладают общетоксичным, раздражающим и сенсибилизирующим* действием. Например, установлена высокая чувствительность мужских половых желез к бензолу, хлорорганическим соединениям, марганцу, хлоропрену, капролактаму, свинцу. Ксенобиотики способны оказывать эмбриотропное действие, которое может проявляться в гибели плода, нарушении закладки органов (уродстве), токсикозах беременности и выкидышах. Химические вещества могут быть мутагенами, вызывающими изменение наследственных свойств у потомства, если мутация захватывает половые клетки. Известны следующие мутагены: ♦ естественные природные вещества (нитраты, нитриты, тяжелые металлы, алкалоиды, гормоны); ♦ переработанные природные соединения (продукты переработки нефти, сгорания угля, древесины); ф химические вещества, не встречающиеся в природе (пестициды, нитрозоамины). Некоторые ксенобиотики являются канцерогенами. Канцерогенный эффект зависит от дозы, времени воздействия, токсичности канцерогенного фактора и может проявиться спустя длительный период - через 10-20 лет.. ' Сенсибилизация (от лат. sensibilis - чувствительный) - повышение чувствительности организма к воздействию какого-либо фактора окружающей или внутренней среды, например, аллергена. 51 4 Глазированная посуда Краски Нефтепродукты Биогеохимическаий цикл свинца (по Р. Р. Бруксу) Рассмотрим влияние некоторых загрязнителей окружающей среды на организм человека. . ♦ Свинец. При интоксикации свинцом под удар попадают нервная и кроветворная системы. Особенно чувствительны к свинцовым отравлениям дети. Биогеохимический цикл свинца показан на рисунке. В организме человека в среднем содержится ~ 120 мг свинца, который можно обнаружить ^о всех тканях и органах, а в первую очередь в скелете. Десять лет требуется для того, чтобы накопленный в костях свинец уменьшился лишь наполовину. Благодаря хозяйственной деятельности человека миграция свинца в окружающей среде приобрела гигантские масштабы. До 90% от общего количества выброса свинца принадлежит к продуктам сгорания бензина с примесью свинцовых соединений. Появление значительных количеств свинца в атмосфере, гидросфере, педосфере привело к повышению накопления этого металла в организмах растений, животных и человека. В результате самоочищения атмосферы значительная часть свинца либо осаждается вблизи ис- 52 точников загрязнения, либо возвращается на поверхность суши и океанов с осадками. Городская пыль может содержать до 1% свинца. Его содержание в дожде и снеге колеблется от 1,6 мкг/л в районах, удаленных от промышленных центров, до 250-350 мкг/л в крупных городах. Сточные воды промышленности являются одним из основных источников этого металла в гидросфере. В донных водорослях концентрация свинца за счет эффекта накопления возрастает в 700 раз, в фитопланктоне - в 4000, в зоопланктоне - в 3000 и в моллюсках - в 4000 раз. Человек, представляющий одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического воздействия свинца. Соединения свинца поступают в организм человека через кожу и слизистые оболочки, через дыхательные пути и пищеварительный тракт. При интоксикации свинцом развивается поражение мозга (энцефалопатия), нарушается дыхательная функция крови вследствие разрушения эритроцитов, возможно развитие импотенции, нарушение функции пищеварительного тракта в результате атрофии слизистой оболочки тонкого кишечника и угнетения целого ряда ферментов за счет вытеснения свинцом из последних цинка и меди. Содержание свинца в крови не приходит к норме даже спустя три года после нормализации его уровня в воздухе. Установлена зависимость между уровнями свинца и кадмия в волосах школьников и степенью их умственного развития. ♦ Ртуть. Ртуть попадает в организм при дыхании, с пищей и через кожу. Особенно токсичны органические соединения ртути: метилртуть, этилртуть и др. В организме человека ртуть циркулирует в крови, соединяясь с белками, частично откладывается в печени, почках, селезенке, ткани мозга. Соединения ртути легко проникают в плод через плаценту и в материнское молоко и поэтому особенно опасны для грудных детей. Из организма ртуть вьщеляется через почки, кишечник, потовые железы. Необходимо примерно 70 дней, чтобы накопленное в организме количество 53 Биогеохимический цикл ртути (по Р. Р. Бруксу) ртути уменьшилось наполовину. Характерный признак отравления ртутью - появление по краям десен каймы сине-черного цвета. Во время печально известной вспышки массового отравления ртутью от употребления рыбы, выловленной в заливе Минамата (в Японии), концентрация ртути в воде залива была от 4 до 30 тыс. раз выше, чем в открытом океане. В рыбе, вызвавшей отравления у людей, содержание метилртути было в сотни раз больше, чем в воде залива, где она была выловлена. Небезинтересно при этом отметить, что в еще большей степени, чем в рыбах, ртуть накапливается (аккумулируется) в устрицах. Первое массовое ртутное отравление (получившее название «болезнь Минамата») случилось в 1956 г., когда было зарегистрировано 130 заболевших, а второе произошло также в Японии (в районе реки Агано, в префектуре Ниигата) в 1964-1965 гг., когда заболело 180 человек, из которых 52 умерли. Эти отравления явились результатом непосредственного загрязнения залива сточными водами и другими сбросами промышленных отходов от расположенных вблизи заводов по выпуску азотных удобрений и синтезу винилхлорида, содержащих алкилртутные соединения. 54 Заболевание на начальных стадиях выражалось преимущественно симптомами поражения центральной нервной системы. При этом отмечались расстройства речи, нарушения походки, понижение слуха и зрения. Было выявлено более высокое (в среднем на 25%) содержание метилртути в клетках крови новорожденных, чем у их матерей, что объясняется более высокой чувствительностью плодов к этому яду. У некоторых детей, родившихся от заболевших матерей, оказались различные врожденные уродства. Суточная предельно допустимая доза ртути (для взрослого человека) - 0,05 мг, из которых метилртути не должно быть более 0,03 мг. ♦ Кадмий. Кадмий попадает в окружающую среду через воздух и воду при добыче и промышленной переработке сырья, при сгорании некоторых видов топлива, сжигании городских отходов, со сточными водами и т. д. Кадмий обладает способностью накапливаться в живых организмах при длительном воздействии пыли, а также веществ, содержащих повышенное количество металла. Установлено, что в организм взрослого жителя США в сутки поступает 50-60 мкг, в Швеции - 15-20 мкг, а в Японии 80 мкг кадмия. Воздействие даже незначительных концентраций кадмия может привести к серьезным заболеваниям нервной системы и костных тканей. Тяжелое костное заболевание («итай-итай»), вызванное хроническим отравлением кадмием, впервые было отмечено в Японии в 1956 г., когда содержащие кадмий сточные воды японского концерна «Мицуи» попали в оросительную систему расположенных неподалеку -рисовых полей. Употребление людьми в пищу отравленного риса вызвало у них апатию, боли в различных частях тела, повреждение почек и размягчение костей. Имели место случаи смертельных исходов. ♦ Хром. Токсичность хрома и его канцерогенное действие зависят от валентности металла; наиболее опасен в этом отношении шестивалентный хром. Он вызывает раздражение слизистых оболочек 55 верхних дыхательных путей, оказывает сенсибилизирующее действие, являясь аллергеном. На производствах, связанных с хромом, заболеваемость раком среди рабочих в 30 раз выше, чем у рабочих других производств. Хром вызывает поражение печени, почек, сердца, аллергию, рак, расстройства психики. Медь. Соединения меди очень токсичны, они обладают мутагенными свойствами. При интоксикации соединениями меди поражаются печень, легкие, развивается гипертония, возможны развитие аллергии и расстройства нервной системы. ♦ Полихлорированные (ПХБ) и полибромированные (ПББ) бифенилы. Эти соединения получили широкое распространение в окружающей среде в течение последних десятилетий. Один из первых тревожных сигналов о последствиях присутствия ПХБ в окружающей среде поступил из Японии в 1968 г. Стал широко известен случай массового отравления людей маслом, загрязненным ПХБ. Эта болезнь получила название «юшо». Мертворожденные дети, заболевания кожи, желудочно-кишечного тракта, нервной системы, поражения печени, селезенки, почек, а также развитие злокачественных новообразований (опухолей) - таков неполный перечень симптомов этого заболевания. Кроме того, наблюдалось потемнение ко.жи, особенно у детей, рожденных от матерей, которые пострадали от отравления. Научных данных об отдаленных последствиях действия этих веществ на человека пока не имеется. ♦ Полипиклические ароматические углеводороды (ПАУ). Существует около 600 ПАУ, из которых наиболее распространенным и стойким в окружающей среде является бензопирен. Он образуется при нагревании органического материала в условиях недостатка кислорода, присутствует в выхлопных газах автомобилей (в особенно больших количествах вьщеляется дизельными двигателями при плохой отладке), а также в промышленных газовых выбросах. Его присутствие обнаруживается в сигаретном дыме, в дыме коптилен (при копчении окороков и колбас), в вы-печных и жареных продуктах и др. Практически любая термиче- 56 Основные источники выброса БП Известные факторы разрушения БП Ч\\ 'll Jhnmvmntia-, Промышленные предприятия Ультрафиолетовое излучение Озон Метаболизм у высших животных Автомобильный и рельсовый транспорт Отопление жилищ Биохимические процессы растений Обменные процессы в поч венных микроорганизмах Факторы загрязнения и самоочищения среды бензопиреном (БП) ская обработка пищи способствует образованию в ней бензопирена. Бензопирен обладает канцерогенным действием. ♦ Нитрозоамины. Нитрозоамины являются канцерогенными веществами. Особенно сильным канцерогенным действием обладает нитрозометилмочевина. Нитрозоамины могут образовываться в желудке лю- 57 деи, если в пище окажутся соответствующие компоненты в виде аминов или амидов, нитратов или нитритов. Множество разнообразных аминов попадает в организм человека с пищей и лекарствами. Например, широко известный пирамидон - это третичный амин - аминопирин, он исключительно эффективно реагирует с нитратами. ♦ Винилхлорид. Винилхлорид - вещество, из которого получают поливинилхлорид, используемый для упаковки пищевых продуктов и напитков. Винилхлорид вьщеляется из упаковочных материалов и попадает прямо в пищу человека, причем его количество в пище прямо пропорционально времени хранения, а также заметно увеличивается с ростом температуры. Особое коварство действия канцерогенных веществ, в том числе и винилхлорида, состоит в том, что скрытый период заболеваний продолжается более 15 лет. .'? т Запросы и задания /. Опищите основные типы комбинированного действия химических веществ на живые организмы. 2. Что такое эндемические заболевания? 3. Что такое ксенобиотики? В чем особенность их воздействия на живые организмы? 4. Что называется мутагеном? Приведите примеры веществ-мутагенов. 5. Дайте краткую характеристику воздействия основных загрязнителей (свинца, ртути, кадмия и др.) на живые организмы. Практическая работа №3 (по практикуму № 20). Выявление экологически опасных веществ и факторов воздействия. 58 к § 5. Геопатогенные зоны* Несмотря на то, что в академической науке по вопросу влияния геопатогенных зон на состояние живых организмов однозначного ответа нет, интересно рассмотреть мнения и результаты исследований ученых разных научных направлений по этой важной проблеме. Наиболее наглядным индикатором избирательного патогенного влияния зон разломов и подземных водотоков на биологические объекты являются растения, а среди них прежде всего древесные формы. Давно замечено, что над различными палеопотоками и «подземными водными жилами», прямо или опосредованно связанными с разломами земной коры, особенно хорошо развиваются такие деревья, как ива, ольха, осина, а также дуб, ясень, вяз. В то же время береза, липа, большинство хвойных деревьев заболевают, на них появляются наросты, резко увеличивается количество уродливых форм (морфозы) и прежде всего деревьев с раздвоенными стволами. Исследования показали, что у растущих над «зонами раздражения» яблонь раньше всего начинают желтеть и опадать листья, на стволах появляются раковые наросты. Различные виды животных реагируют на наличие геопатогенных зон (ГПЗ) по-разному. Так, по наблюдениям Д. Коопа, в зонах «земных лучей» усиливается деятельность микроорганизмов, приводящих к гниению картофеля и окислению вина. В этой связи интересны сведения о том, что в Санкт-Петербурге при определении мест для строительства домов по просекам, маркировавшим будущие линии и проспекты на Васильевском острове, на Содержание данного параграфа может служить отправной точкой для проведения научной дискуссии старшеклассников по проблеме геопатогенных зон, поиску информации но осмыслению учеными сущности данного явления, написанию творческих работ и осуществлению экспериментальных исследований. 59 одинаковом расстоянии от земли подвешивались куски сырого мяса. В тех местах, где мясо быстрее загнивало, дома не строились. Прекрасно чувствуют себя в ГПЗ многие виды насекомых. Именно в их пределах предпочитают сооружать свои муравейники красные муравьи. Английский ученый Э. Проуз утверждает, что пчелы из ульев, расположенных над «водными жилами», производят в три раза больше меда. Преимущественно над подобными зонами зимуют и откладывают яйца пресмыкаюшиеся. В то же время большинство домашних животных, за исключением кошек, старается избегать ГПЗ, что, по-видимому, и использовалось нашими предками при определении оптимальных мест для строительства жилья. Так, собаки никогда не ложатся спать над ГПЗ и даже в холодную погоду не спрячутся в будку, если она помещена над подобной зоной. У лошадей и овец, цо-стоянно находящихся над ГПЗ, отмечалось развитие бесплодия. Куры, помещенные в сарай над ГПЗ, предпочитают сидеть на земле, а не на насесте, плохо несутся и теряют перья. Д. Кооп утверждает, что мыши, помещенные в клетки над ГПЗ, постоянно находятся в возбужденном состоянии, грызут клетки, съедают свои хвосты и собственное потомство. По-видимому, именно поэтому приметой хорошего места для строительства домов считалось обилие мышиных нор в земле. Общество охраны здоровья Дальвича в Великобритании представило информацию о том, что в случаях большинства заболеваний (включая рак, склероз, сердечно-сосудистые заболевания) у людей было установлено наличие геопатогенного стресса. Наиболее явными признаками длительного нахождения людей над ГПЗ являются: бессонница, ночные кошмары, чувство холода, депрессии и др. Некоторые ученые считают, что воздействие ГПЗ на биологические объекты (в особенности на состояние здоровья людей) по своим отрицательным последствиям сравнимо для условий крупного города с влиянием загрязнения окружающей среды крупными промышленными предприятиями. 60 /Sottfiocbt и задания /. в чем заключается влияние геопатогенных зон на состояние живых организмов? 2. Какие интересные факты о существовании геопатогенных или биопатогенных зон вы знаете из научнопопулярных журналов? Практическая работа №4 (по практикуму № 9). Санитарно-гигиеническая оценка рабочего места. Практическая работа №5 (по практикуму №10). Санитарно-гигиеническая оценка классной комнаты. ш ^жроветь сет Дайте определения и характеристику основным понятиям и терминам главы «Экология человека»: экология человека; здоровье человека; популяционное здоровье, гомеостаз; резистентность, адаптация; стресс-реакция; иммунитет; эндемические заболевания; сенсибилизация; мутагены, геопатогенные зоны. вОЖРОШ и 3J2)JHUJi cfusL noPfUofieHUA, о^о^ш^ния и cucHieMathusat^uu зкакий /. Что изучает экология человека? 2. Расскажите об историческом аспекте развития экологических знаний о здоровье человека. 3. Дайте характеристику индивидуального и популяционного (общественного) здоровья человека. У. Дайте определения и интерпретацию следующих понятий: гомеостаз, резистентность, стресс-реакция, иммунитет. 61 5. Дайте краткую характеристику воздействия антропогенных факторов на здоровье человека. 6. В чем проявляется особенность, специфика комбинированного действия химических веществ на живую систему? 7. Расскажите о ксенобиотиках, мутагенах, аллергенах, канцерогенах и их влиянии на здоровье человека. kV ?V - А -* *’ - * ■■*л • ;Ч*-.* V f. 1.0 г*'Г;Д=-! M^:i2,9 Н'. ^’Г ‘М*^ -к • ,г... .^4.V“, Степень загрязнения атмосферы (по В. И. Жидкину) Латинской Америке - 72%, в Австралии и Океании - 71%, т. е. в среднем по миру - 45%. В России в 1992 г. уровень урбанизации составил 74%. Таблица №2. Динамика мирового процесса урбанизации (по в. П. Максаковскому) Годы Городское население (млн. чел.) Доля в населении мира(%) 1800 29 3 1850 81 6 1900 220 14 1950 730 29 1960 1027 33 1970 1381 37 1980 1822 41 1990 2276 45 2000 (прогноз) 3190 51 5* 67 Город представляет собой особый мир, особую среду обитания человека - городскую среду. Городская среда - сложное образование, продукт взаимодействия природы и человеческой деятельности. Изучением городской среды, ее основных компонентов и факторов, влияющих на них, истории формирования занимается новая научная область знания - урбоэкология, или экология города. Расширяясь, города сливаются друг с другом, образуя агломерации. В результате чрезмерного разрастания городских агломераций появились гиперурбанизированные районы, которые известны в литературе как мегаполисы (от греч. megas - большой и polls - город). Мегаполис большого Нью-Йорка объединяет 16 млн. человек. Взаимосвязь всех компонентов и явлений городской среды позволяет говорить о ней как об урбосистеме. Урбоэкосистемы приурочены к определенному конкретному месту в географическом пространстве. В жизни урбосистемы велика роль временного фактора. Урбосистемы - это системы открытые, вероятностные, управляемые. Важной особенностью урбосистем является их антропоцентризм. Известный эколог Н. Ф. Реймерс писал: «Необходимо повернуться лицом к человеку и спасать землю от собственного усердия не по разуму. Сменилась сама цель развития. Еще недавно казалось, что достаточно человека прокормить и сделать богатым. Сейчас же выяснилось, что для того, чтобы жить долго и не болеть, этого мало. Нужна еще благоприятная среда жизни... Обращение к человеку привело к новой форме антропоцентризма, экологическому антропоцентризму. Общество стало поворачиваться лицом к себе, к своему переустройству, а не к преобразованию природы». Урбанизация, с одной стороны, улучшает условия жизни населения, с другой - приводит к вытеснению природных, естественных систем искусственными, загрязнению окружающей среды (в частности, рек и водоемов), повышению химической, физической и психической нагрузки на живые организмы. Крупный город изме- 68 няет почти все компоненты природной среды - атмосферу, растительность, почву, подземные воды, грунт и даже климат, а также электрическое, магнитное и другие физические поля Земли. Перепады температур, относительной влажности, солнечной радиации между городом и его окрестностями иногда соизмеримы с передвижением в естественных условиях на 20° по широте, причем изменение одних природных условий неизменно вызывает изменение других. Влияние города на недра распространяется на глубины от 0,5 до 4 и даже 8 тыс. м. Значительно меняются условия питания подземных вод и их химический состав. По данным исследований, проведенных в Англии и США, большие города получают на 15% меньше солнечной радиации (и на 30% меньше ультрафиолетовых лучей в зимнее время), на 10% больше осадков, на 10% больше облачных дней, на 30% больше тумана летом и на 100% зимой. Съемки из космоса дают сведения о физических полях, воз-никаюших вокруг больших городов, в частности, отражательных (альбедо) и тепловых (температура, свет). Данные о пространственных и временных воздействиях крупных городов на окружающий ландшафт могут и должны быть использованы для городского планирования. Степень распространенности многих заболеваний, причем не только инфекционных, в больших городах значительно выше. Например, в городах с населением 1 млн. человек и более рак легкого встречается почти вдвое чаще, чем в сельских местностях. Уровень инфекционной заболеваемости городского населения (без ангины и Космическая съемка территории крупного города 69 гриппа) более чем в 2 раза превышает заболеваемость сельского населения. Высокая контактность людей, характерная для городской среды, с одной стороны, выступает положительным фактором, так как способствует развитию определенной нервной устойчивости молодого поколения, более значительной психической тренированности, поддержанию профессионального и творческого тонуса; с другой стороны, при обработке большого объема информации нервная система не в состоянии функционировать на прежнем уровне адаптации. Как показывают исследования некоторых ученых, это состояние вызывает формирование нового динамического стереотипа, что в некоторых случаях может приводить к срыву, выражающемуся в неврозах и невротических состояниях. Несмотря на постоянно ускоряющийся темп жизни, у горожан, как это ни парадоксально, отмечается гиподинамия, способствующая развитию заболеваний сердечно-сосудистой системы. SonftOCbt и SCUfOHUJL /. Назовите основные тенденции процесса урбанизации. Постройте график зависимости доли городского населения в мире от времени (табл. №2). Сделайте прогноз уровня урбанизации в 1998 году. Как изменяются факторы окружающей среды в условиях крупного города? Что изучает урбоэкология? Дайте характеристику городской среды как урбосис-темы. 2. 3. У. 5. 70 xaZL, § 2. Шумовое загрязнение Шум - это звук любого рода, воспринимаемый людьми как неприятный, мешающий или даже вызывающий болезненные ощущения. В наши дни шум стал одним из наиболее опасных факторов, наносящих вред окружающей среде. В крупных городах свыше 60% жителей жалуются на чрезмерный шум. Шум и вибрация заметно воздействуют на центральную нервную систему, желудочно-кишечный тракт, кровяное давление, вызывают головокружение, онемение конечностей, заболевания суставов и сосудов. В 50 г. до н. э. жители Древнего Рима жаловались на то, что уличный шум не дает им спать по ночам, и Юлий Цезарь вынужден был запретить ночное движение любых экипажей по городу. Королева Англии Елизавета I, правившая в XVI веке, заботясь о ночном покое своих подданных, запретила ночные схватки и громкие семейные ссоры после 10 часов вечера. В Париже борьба с шумом началась с 1954 г. Тогда были запрещены автомобильные гудки-, водители грузовиков должны бы- Городская «симфония» 71 ли укладывать груз так, чтобы он не гремел, а на колеса вагонов метро надели резиновые шины. И все-таки шумовая нагрузка возрастает от десятилетия к десятилетию. Шум как физический фактор представляет собой волнообразно распространяющееся механическое колебательное движение упругой среды, носящее, как правило, беспорядочный, случайный характер. Характер производственного шума зависит от видов источников: ♦ механический - в результате работы различных механизмов; ♦ ударный - ковка, клепка и др.; ♦ аэродинамический - при движении воздуха по трубам или вследствие стационарных либо нестационарных процессов в газе; ♦ взрывной - при работе двигателей внутреннего сгорания. Интенсивность звука измеряется в децибелах (дБ). Порог чувствительности уха к звукам - О дБ, звуки интенсивностью свыше 130 дБ вызывают ощущение боли. Шум листвы и мерный шелест морского прибоя соответствует примерно 20 дБ, телевизор, работающий с умеренной громкостью, дает около 70 дБ, мотоцикл обрушивает на вас уже ПО дБ, а отбойный молоток во время дорожных работ - 120 дБ. Только в 1851 г. анатом Альфонсо Корти открыл слуховой анализатор, которым мы и воспринимаем звук, - так называемый кортиев орган - аппарат слухового нерва, который находится в улитке внутреннего уха. Слыша звук, мы улавливаем две его характеристики; высоту (частоту) и громкость (интенсивность). Нижняя воспринимаемая частота - 16 Гц, а верхняя зависит от возраста: в юности это частота 20 тыс. Гц, позже верхняя граница медленно опускается. Реакция на шум сильно зависит от особенностей личности, возраста, пола, состояния здоровья, профессии. Воздействие шума высокой интенсивности на организм уже довольно хорошо изучено. А вот о том, как влияет на человека шум средней интенсивности - а именно ему подвергается большинство населения, - известно еще мала. Ученые различают следующие градации действия шума: 72 Выстрел ГЛ ПГ\ \ МО V Выстрел орудия ил ! л •.-/Л гм ( П QU \Г ■ " ВИНТОВКИ Старт Взлет ракеты оеактивного (а • П4и)/ самолета *)xf Гппм % • о Нрлппуптимый \ / Оркестр -ш ш VJ”./ поп-музыки Тяжелый /4АЛ I* 1 грузовик Отбойный 'Ш- 1 ( 30J молоток Предельно '^\ допустимый ) Ш' iH автомобиля Мэт^тпл ■ W Читальный ад ш зал Сельская местность Vjy / Дппугтимый § W 111М1ПТ 1 ЬА f 1 . Зимний лес /Гп \ р. безветпен- ш Уровень шума, дБ погоду Шумовое загрязнение ♦ Мешающее действие растет с увеличением громкости, не зависит от индивидуальной чувствительности и от конкретной ситуации. Мешающее действие шума может быть связано и с информацией, которую он несет. Как помеха, шум может восприниматься с уровня 25 дБ. 73 ♦ Активация, то есть возбуждение центральной и вегетативной нервной системы, нарушение сна, способности расслабляться. Но в то же время в Японии продаются подушки, в которые вмонтирован аппарат, имитирующий звуки дождевых капель, падающих в ритме человеческого пульса. Такой шум быстро навевает сон. ♦ Влияние на работоспособность. Как правило, шум ухудшает ее, но ученые из лаборатории Кембриджского университета (Англия) обнаружили, что звуки определенной силы и частоты стимулируют процесс мышления и в особенности процесс счета. ♦ Помехи для передачи информации и нарушение общей ориентации в звуковой среде. ♦ Возникновение заболеваний. Постоянное воздействие шума может вызвать глухоту из-за повреждения чувствительных к звуку клеток внутреннего уха. В зависимости от времени воздействия шум может приводить к более или менее сильному стрессу, который нарушает наши внутренние «часы». Однако человек всегда жил в мире звуков, и абсолютная тишина ему также вредна, она пугает и угнетает его. При проектировании конструкторского бюро в Ганновере архитекторы предусмотрели все меры, чтобы ни один посторонний звук с улицы не проникал в здание: рамы с тройным остеклением, звукоизоляционные панели из ячеистого бетона и специальные пластмассовые обои, гасящие звук. Буквально через неделю сотрудники стали жаловаться, что они не могут работать в условиях гнетущей «мертвой» тищины. Они нервничали, уменьшилась работоспособность. Администрации пришлось купить магнитофон, который время от времени включался и создавал эффект «тихого уличного шума». Рабочая атмосфера в бюро не замедлила восстановиться. Однако «обуздание шума» - одна из острейших проблем XX в. Вспомним, как воспринимается звук слуховым анализатором человека. В основе возникновения шума (звука) лежат механические колебания упругих теЛ. В слое воздуха, непосредственно примыкающем к поверхности колеблющегося тела, возникают 74 сгущения (сжатия) и разрежения. Эти сжатия и разрежения чередуются во времени и распространяются в стороны в виде упругой продольной волны. Последняя достигает нашего уха и вызывает периодические колебания акустического давления, которое воздействует на слуховой анализатор. Ухо человека воспринимает в виде звука колебания, частота которых лежит в пределах от 16 Гц до 20 тыс. Гц. С физиологической точки зрения, различают низкие, средние и высокие звуки. Колебания охватывают большой диапазон частот: от 1 до 16 Гц - инфразвуковые, от 16 до 16-20 тыс. Гц - звуковые и выше 16-20 тыс. Гц - ультразвуковые колебания. Область слышимых звуков, заключенная между порогом слышимости и болевым порогом, составляет от 0 до 130 дБ. Шумы принято делить на низкочастотные (ниже 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц) и высокочастотные (выше 800 Гц). При малой частоте колебаний звук воспринимается как низкий, при большой частоте - как высокий. Высокие звуки оказывает более неблагоприятное действие на слух и на весь организм человека, чем низкие, поэтому и шум, в спектре которого преобладают высокие частоты, более вреден, чем шум с низкочастотным спектром. Ущерб, который причиняет слуху сильный шум, зависит от спектра звуковых колебаний и характера их изменения. В первую очередь человек начинает хуже слышать высокие звуки, а затем постепенно - и низкие. Воздействие сильного шума может не только отрицательно повлиять на слух, но и вызвать другие вредные последствия - звон в ушах, головокружение, головную боль, повышение усталости. Шумовая «симфония» города складывается из многих факторов: грохота железных дорог и гула самолетов, рокота строительной техники, шума заводских цехов и даже бытовых приборов -словом, всего, что окружает человека. Самыми мощными аккордами звучит в ней движение автотранспорта, который на общем фоне дает 80% шума. Транспортные потоки на районных магистралях крупных городов в часы пик достигают 2000 машин в час, на городских магистралях - до 6000 машин в час. 75 Шум в больших городах сокращает продолжительность жизни человека; например, по данным австрийских ученых, это сокращение колеблется в пределах 8-12 лет. Чрезмерный шум может стать причиной нервного истощения, психической угнетенности, вегетативного невроза, язвенной болезни, расстройства эндокринной и сердечно-сосудистой систем. Наиболее чувствительны к действию шума лица старших возрастов; так, в возрасте до 27 лет на шум реагируют ~ 46% людей, в возрасте 28-37 лет -57%, в возрасте 38-57 лет ~ 62%, а в возрасте 58 лет и старше 72%. Данное обстоятельство должны учитывать молодые люди, когда слушают дома популярную музыку, смотрят телепередачи, видео и др. SonftCCbt и SCUfOHUA /. Дайте характеристику шуму как физическому фактору окружаюшей среды. 2. В чем заключается воздействие шума на состояние и функционирование, человеческого организма? 3. К каким заболеваниям может привести постоянный чрезмерный шум? Кто наиболее чувствителен к действию шума? § 3. Пылевое загрязнение Одним из наиболее неблагоприятных факторов внешней среды на предприятиях города является загрязнение воздуха пылью. _ Источниками образования пыли являются технологические про-f цессы и производственное оборудование, связанное с размельчением перерабатываемых материалов и их транспортировкой. Действие пыли зависит от ее физико-химических свойств: химиче- 76 СКОРО состава, концентрации в воздухе, дисперсности (размеров частиц), формы пылинок, их твердости и т. д. Пыль вызывает профессиональные заболевания легких, в первую очередь пнев-мокониозы (от греч. рпеитоп - легкое, konia - пыль) в различных модификациях. Из всех видов пыли наиболее опасна пыль оксида кремния (IV), массовая доля которой в той или иной смешанной пыли нередко является одним из факторов, определяющих степень ее агрессивности по отношению к организму. Способность пыли вызывать развитие фиброза* легочной ткани в значительной степени определяется физико-химическими свойствами вдыхаемой пыли. Большое значение, в частности, имеет дисперсность пыли. Доказано,- что наиболее опасна для организма мелкодисперсная пыль с диаметром частиц от 2 до 5 мкм. Такие пылевые частицы находятся во взвешенном состоянии во вдыхаемом воздухе и проникают в более глубокие отделы дыхательных путей. Краткие сообщения о пылевых болезнях легких впервые встречаются в литературе древних и средних веков. В древнегреческой и римской литературе (VI-IV вв. до н. э.) имеются указания на болезнь горнорабочих серебряных и золотых рудников, сопровождающуюся давлением в груди и тяжелой одышкой. В своих трудах Гиппократ указывал на болезнь горнорабочих, протекающую с тяжелой одышкой, болями в груди, бледностью. По-видимому речь шла о пневмокониозе. В 1565 г. Парацельс опубликовал работу, где подробно описал «чахотку рудокопов». В' русской литературе указания на заболевания легких от вдыхания пыли у рудокопов имеются в произведении М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.). Впервые патолого-анатомические изменения в легких у каменотесов описал в 1761 г. Морганьи, обратив внимание на вредные последствия вдыхания пыли. Однако отождествление туберкулеза легких с пневмокониозом сохранялось еще много лет. Термин «пневмокониоз» является собира- * Фиброз (от лат. fibra - волокно) - замещение функциональных тканей (легочной, печеночной, почечной и др,) на нефункциональные (соединительные), 77 тельным в отношении легочных фиброзов, развивающихся вследствие вдыхания различных видов пыли. Существуют следующие основные виды пневмокониозов: силикоз, силикатозы, антракоз, прочие пневмокониозы (алюминоз, апатитоз, пневмокониозы от воздействия органической пыли и др.). Кратко охарактеризуем некоторые из этих заболеваний: ♦ Силикоз - заболевание, возникающее в результате вдыхания пыли, содержащей свободный оксид кремния (IV) (кремнезем). Для силикоза характерна триада жалоб: одышка, боли в грудной клетке, кашель. ♦ Силикатозы - пневмокониозы, развивающиеся в результате вдыхания пыли силикатов. Наиболее распространенными видами силикатов, обусловливающих развитие силикатозов, являются асбест, тальк, нефелин и др. Клиническая картина силикатозов довольно типична: прогрессирующая одышка, кашель, боли в грудной клетке, общая слабость, недомогание. ♦ Асбестоз - один из наиболее тяжело протекающих силикатозов. В развитии его играет роль не только химическое действие пыли, но и механическое повреждение легочной ткани асбестовыми волокнами, имеющими размеры 10-12 мкм и более. У больных с выраженным асбестозом отмечаются тяжелые нарушения общего состояния: колющие боли в груди, сильный кашель, головная боль, общая слабость, повыщенная утомляемость, нередко желудочные расстройства. Часто наблюдается особый серо-землзютый цвет лица и легкий цианоз (синющность) губ. Sonfiocbt и задания /. В чем заключаются особенности пылевого загрязнения окружающей среды и его воздействия на человека? 2. Какие основные виды пневмокониозов вы знаете? 78 § 4. Зеленые насаждения и животные в городе Главные функции зеленых насаждений современного города -санитарно-гигиеническая, рекреационная (т. е. предназначенная для отдыха), структурно-планировочная, декоративно-художественная. Основными элементами озеленения являются парки, сады, набережные, бульвары, скверы, территории жилых и промышленных районов, пришкольные участки. Неотъемлемой составной частью озеленения города являются также пригородные леса, лесопарки, луго- и гидропарки, градозащитные, мелиоративные и др. комплексы, способствующие улучшению микроклимата города и санитарного состояния воздушного бассейна, создающие благоприятные условия для населения. Всем известно, как велика роль зеленых насаждений в очистке воздуха городов. Дерево средней величины за 25 часов восстанавливает столько кислорода, сколько необходимо для дыхания трех человек. За один теплый солнечный день гектар леса поглощает из воздуха 220-280 кг углекислого газа и вьщеляет 180-200 кг кислорода. С 1 м^ газона испаряется до 200 г/час воды, что значительно увлажняет воздух. В жаркие летние дни на дорожке у газона температура воздуха на высоте роста человека почти Зеленые насаждения в городе 79 Человек и природа на 2,5°С ниже, чем на асфальтированной мостовой. Зеленые насаждения хорошо осаждают частицы пыли. Один гектар деревьев хвойных пород задерживает за год до 40 т пыли, а лиственных -около 100 т. Деревья с широкими кронами и кустарники, посаженные вдоль тротуаров, улучшают микроклимат улиц. Многие растения вьщеляют фитонциды*. Активными источниками фитонцидов являются белая акация, береза, ива, ель, тополь и др. Зеленая листва, красочная гамма цветущих растений, их аромат, причудливая игра света и тени, успокаивающий шелест листвы - все это создает у человека приятное ощущение покоя, снимает нервное напряжение, улучшает настроение. Зеленые растения играют важную роль в жизни человека. Древесно-кустарниковая растительность обладает избирательной способностью по отношению к вредным примесям в воздухе и в связи с этим - различной устойчивостью к ним. Исследования ученых показали, что тополь бальзамический является наилучшим «санитаром» в зоне сильной загрязненности. Хорошими по- * Фитонциды (от греч. phyton - растение, лат. caedo - убиваю) - вещества, вьшеляемые высшими организмами и активно воздействующие на микроорганизмы. 80 1-дятел большой пестрый. 2-иволга.З-перепел.4-выпь 5-синица большая.б-чайка сизая. Орнитофауна города глотительными качествами обладают также липа мелколистная, ясень, сирень. В зоне слабой загазованности большое количество соединений серы поглощают листья тополя, ясеня, сирени, липы, меньше - вяза, черемухи, клена. Зеленые насаждения - это один из наиболее важных компонентов урбоэкосистемы. Озеленение города встречает на своем пути немало трудностей. Например, в центральных районах невозможно отвести значительные площади для расширения зеленых насаждений. В этом случае перспективным является развитие вертикального озеленения. В озеленении городов все чаще стали использоваться интро-дуцированные виды. Интродукция - это преднамеренный или случайный перенос особей какого-либо вида за пределы его ареала. Последствия интродукции трудно предсказуемы (взрыв численности популяции, появление новых насекомых - вредителей и др.), хотя в условиях урбоэкосистемы они контролируемы и управляемы в большей степени, чем в природе. В поддержании круговорота вещества и энергии в экосистемах большую роль играют животные и микроорганизмы. Наиболее доступна для наблюдения и изучения в черте города - орнитофауна*. Например, гнездовая орнитофауна большого * Орнитофауна (от греч. ornithos - птица, фауна) - совокупность птиц какой-либо территории. 6 Заказ 452 8 1 Санкт-Петербурга насчитывает более 150 видов птиц. Распределение гнездящихся птиц как по численности, так и по видовому составу в городской среде неравномерно. Самыми богатыми являются большие пригородные парки и леса, а также водноболотные территории на некоторых участках Финского залива и некоторых больших озер; наиболее бедными - сельскохозяйственные поля, сильно нарушенные хозяйственной деятельностью биотопы различных промышленных и других застроек. Редкие виды на территории, занимаемой большим Санкт-Петербургом, имеют различный характер пребывания и их условно можно разделить на две группы: ♦ Редкие гнездящиеся виды, требующие специальных мер охраны на всем ареале; выпь, скопа, перепел, большой кроншнеп. ♦ Редкие виды птиц, обычные в других частях ареала: малая поганка, красношейная поганка, широконоска, полевой лунь, пустельга, коростель, погоныш, галстучник, травник, поручейник, клуша, черная крачка, малая крачка, обыкновенная горлица, кольчатая горлица, сплюшка, воробьиный сыч, длиннохвостая неясыть, желна, зеленый дятел, белоспинный дятел, иволга. Большое число пролетных видов объясняется расположением Санкт-Петербурга на трассе Беломоро-Балтийского пролетного пути. До начала освоения и застройки ближайших пригородов в 60-х годах они служили местами массовых остановок и отдыха мигрирующих птиц. Теперь эти традиционные места скопления перелетных птиц утратили свое былое значение из-за интенсивного градостроительства и сооружения дамбы. Абсолютное большинство видов (92) встречаются на пролете в весенний и летнеосенний период. В гнездовой период встречается 70 видов птиц. Для многих птиц Санкт-Петербург выступает в качестве экологической преграды. Чаще всего на территории города гибнут или получают повреждения различные виды куликов, кукушки, козодои, стрижи, хищные птицы (канюки, осоеды), мелкие воробьиные (серые мухоловки,, горихвостки, корольки, крапивники, синицы-московки, пищухи), водоплавающие (гагары, поганки, турпаны, синьга, морянки, кряквы, гуси и лебеди), совы. 82 в ответ на изменения ландшафта очень быстро происходит видимое изменение маршрутов миграции птиц. В Санкт-Петербурге исчезли многие прежние стоянки водоплавающих птиц. Особенно пагубной оказалась очистка и углубление дна самой восточной части Финского залива в пределах большого города. В связи с намыванием грунта на болотистое северо-восточное побережье Финского залива стало невозможным существование растений и животных, которые служили пищей водоплавающим птицам. В городах часто распространены виды, которые обычно живут в пределах и окрестностях населенных пунктов, так называемые синантропные виды*. Такие виды близ жилья человека находят особо благоприятные для себя условия жизни. В настоящее время сохраняется опасная тенденция возрастания численности одних видов в ущерб другим. Так, фоновым видом в городе стала серая ворона, губящая кладки крякв на всех внутренних водоемах, разоряющая гнезда воробьиных и других видов птиц. Основная причина этого - постоянно увеличивающаяся захламленность города пищевыми остатками, дающая этому виду стабильную кормовую базу. Синантропные виды птиц могут выполнять функции природных санитаров (например, те же вороны), а также быть переносчиками опасных для человека болезней (например, голуби). Следует обратить внимание также на группу животных, которая характеризуется значительной синантропизацией. Это мышевидные грызуны. Различные виды этих животных могут быть переносчиками возбудителей опасных болезней человека - чумы, туляремии и др. Изменение их численности связано не только с характерной видовой сезонной динамикой, но и с тем, что они находят близ жилья человека богатую пищевую базу - это отходы, мусоропроводы, свалки. ‘ Синантропные виды (от трем, syn - вместе, антропные) - виды, живущие совместно с человеком в одной среде обитания. 6* 83 и IT» cOJ 3onfioctrt и заецанмл /. В чем состоят основные функции зеленых насаждений в современном городе? 2. Напишите сочинение на тему: «Мой любимый парк (сад, сквер)в городе». 3. Приведите примеры синантропных видов животных вашего региона. У. Проведите наблюдение за синантропными видами птиц и насекомых (голуби, вороны, галки, воробьи, тараканы, пауки и др.). Сделайте вывод о влиянии жизнедеятельности человека на их численность и поведение. § 5. Проблема отходов В настоящее время на каждого из жителей нашей планеты приходится в среднем около 1 т мусора в год, и это не считая миллионов изношенных и разбитых автомобилей. Если весь накапливающийся за год мусор не уничтожать и не перерабатывать, а ссыпать в одну кучу, образовалась бы гора высотой с Эльбрус -высочайшую горную вершину Европы. Можно назвать несколько причин увеличения количества мусора: ♦ рост производства товаров массового потребления одноразового использования; ♦ увеличение количества упаковки; ♦ повышение уровня жизни, позволяющее пригодные к использованию вещи заменять новыми. Мусор, несмотря на запреты, сваливают в совершенно не предназначенных для этого-местах. Такие территории не огоро- 84 'Ч \ У/' ЧЧ'^С^'т.Ч'V “''^- '^Ч ч: . ■;< Проблема отходов в городе жены, там нет специалистов, ведущих наблюдение за правильным размещением мусора. С этих «диких» (несанкционированных) свалок ветер разносит бумагу и другие легкие отходы. «Дикие» свалки не только уродуют ландщафт, но и представляют угрозу для здоровья людей. Вещества, образующиеся при разложении отходов, загрязняют атмосферный воздух. Дождевая вода вымывает ядовитые вещества разложившихся отходов; это приводит к загрязнению и заражению открытых водоемов и грунтовых вод. Сейчас известны способы уничтожения бытового мусора, не представляющие серьезной угрозы для окружающей среды. Наибольшее распространение получили три способа ликвидации мусора: ♦ устройство специально оборудованных свалок; ♦ компостирование мусора; * ♦ утилизация на мусороперерабатывающих заводах. 85 Сепаратор для отделения металла i г рохот Отделение не-перерабатыва-_ емого у О материала Измельченный мусор Компост • А» —I-uTV V 5- Перемешивание Увлажнение Компостирование мусора Не в любом месте можно устроить специально оборудованную свалку. К решению этой задачи привлекаются специалисты разных направлений: геологи, гидрологи, экологи и др. При этом должны учитываться: ♦ роза ветров в районе свалки; ♦ расстояние от населенных пунктов, водоохранных и природоохранных зон; ♦ водопроницаемость грунтов; ♦ площадь территории, отводимой под свалку (площадь должна быть достаточной ддя приема мусора в течение длительного времени); ♦ расположение, удобное для подъезда транспорта, и др. Специально оборудованные свалки - не лучший способ избавиться от мусора, хотя сегодня без них не обойтись. 86 Компостирование мусора - способ обезвреживания и использования отходов. Способом компостирования можно перерабатывать только органические вещества, составляющие в случае бытовых отходов немногим более половины мусора. Органические вещества, имеющие естественное (растительное и животное) происхождение, под воздействием бактерий и кислорода воздуха разлагаются. При компостировании, как правило, бытовые отходы смешиваются с отходами, образующимися при переработке сточных вод на очистных сооружениях. Отходы перегнивают и образуют компост, используемый как удобрение. Аналогично получают компост в сельском хозяйстве, емешивая навоз с растительными остатками. Таблица №3. Сравнительная характеристика различных способов ликвидации мусора Способ ликвидации мусора Стоимость утилизации 1 т мусора (в долларах) Степень уменьшения массы мусора Возможность повторного использования мусора Специально оборудованная свалка 35 1/3 1 1 Нет Компостирование мусора 35-70 1/2 Есть (в виде удобрения) Переработка мусора 55-70 9/10 Есть (для получения энергии) Все большее значение приобретает переработка и вторичное использование отходов, так как это экономит сырьевые ресурсы нашей планеты. Американский ученый А. Теллер говорил: «Мы не должны больше рассматривать отходы как нечто, подлежащее уничтожению; мы должны научиться видеть в них еще не использованные источники сырья». •5 Ежегодно в городах России образуется примерно 130 млн. м твердых бытовых отходов, что составляет около 0,2 т на одного 87 Сортировка бытовых отходов человека. На территории России сегодня действует 7 мусоросжигательных заводов, которые перерабатывают около 3% твердых бытовых отходов, а 9% вывозится из городов на более чем 1000 полигонов бытовых отходов. Остальная масса отходов поступает на свалки. В Санкт-Петербурге работает 2 мусоросжигательных завода (ст. Горелово, Янино). Одно из направдений решения проблемы отходов - их первоначальная грамотно организованная сортировка. Особо опасные для окружающей среды и здоровья людей отходы, которые по разным причинам нельзя уничтожать вместе с бытовым мусором, называются спецотходами, к которым отнесено примерно 600 особо опасных веществ. В их чисдо входят: ♦ пестициды, содержащиеся главным образом в отходах производства химических средств защиты растений; ♦ радиоактивные отходы, образующиеся на предприятиях, исподьзующих радионуклиды, атомных электростанциях; ♦ ртуть и ее соединения - отходы химической промышленности; ♦ мышьяк и его соединения, содержащиеся в отходах металлургических производств и тепловых электростанций; 88 ♦ соединения свинца, встречающиеся особенно часто в отходах нефтеперерабатывающей и лакокрасочной промышленности и др. Каждый из нас ежедневно пользуется множеством вещей, которые после их использования также становятся спецотходами, например: ♦ батарейки; ♦ неиспользованные медикаменты; ♦ остатки химических средств защиты растений (ядохимикатов); ♦ остатки красок, лаков, антикоррозионных средств и клеев; ♦ остатки косметики (тени для век, лак для ногтей, жидкость для снятия лака); ♦ остатки средств бытовой химии (средства для чистки, дезодоранты, пятновыводители, аэрозоли, средства по уходу за мебелью); ♦ ртутные термометры. Ликвидация (утилизация) жидких и твердых спецотходов регламентируется строгими правилами и нормами. Часть спецотходов сжигается на специальных установках, часть размещается на полигонах спецотходов. Большую часть спецотходов приходится хранить на поверхности земли, соблюдая строгие меры предосторожности. Отходы размещаются на водонепроницаемой платформе толщиной до 3 м. Все стоки и грунтовые воды постоянно контролируются. Твердые отходы используют и как вторичные ресурсы, что дает значительный экологический эффект. Так, при производстве бумаги или картона из макулатуры выбросы в атмосферу снижаются на 85%, загрязнение воды - до 40%, по сравнению с производством указанной продукции из первичного сырья - древесины. Утилизация отходов позволяет экономнее расходовать природные ресурсы. Следует упомянуть о проблеме утилизации скопивщихся в каждой стране огромных количеств изношенных автопокрышек. Перерабатывая их до так называемого дисперсного состояния (в резиновую крошку с размерами частиц от 0,63 до 5 мм), можно не только ликвидировать горы покрышек, но и изготавливать из 89 них различные резиновые изделия. Среди них такие, как гидротермоизоляционные блоки, используемые в строительстве. Довольно остро в последнее время стоит проблема утилизации отработанных люминесцентных ламп, широко используемых для освещения учреждений, в частности, школ. В заключение проанали5ируйте результаты исследований, показывающих ориентировочное соотношение ежегодного потребления ресурсов и выбросов современного крупного города. Таблица №4. Ежегодное потребление ресурсов и выбросы современного города с населением 1 млн. человек (по Ю.И. Скурлатову, Г. Г. Дуке, А. Мизити) Потребление ресурсов Выбросы в окружающую среду Название Количество, млн. т Название Количество, млн. т Вода 625 Сточные воды... 500 Пища 2 Твердые отходы 2 Уголь 4 Газовые выбросы (S02, NOx, СО2, углеводороды)... 0,8 Нефть 2,8 Газ 2,7 Моторное топливо 1 Зоп/госы и за{^ан.ил /. Назовите основные причины возникновения проблемы отходов. 2. Какие в настоящее время существуют способы ликвидации бытовых отходов (мусора)? 3. Какие вещества относятся к спецотходам? Приведите примеры вещей, являющихся спецотходами. 90 у. Проведите сортировку и анализ бытовых отходов в вашей квартире. Предложите проект уменьшения их объема и реализации. § 6. Экологичный город Можно ли создать экологичный город? Каким он должен быть? Экологичный город - это новый тип города, в котором природная среда находится в состоянии экологического равновесия с урбанизированной средой. В отличие от любого современного города экологичный город должен восприниматься как естественный компонент природы и не отторгаться ею. Создание таких городов на базе «устойчивых» инженерно-проектных решений всех экологических проблем - это сравнительно новое направление, возникшее на стыке общей экологии, урбоэкологии и инженерной (промышленной) экологии. В 1993 г. в Чикаго прошел Всемирный конгресс архитекторов, участники которого приняли «Декларацию взаимосвязей для устойчивого будущего», а в 1994 г. в Европе принята «Хартия* устойчивого развития европейских городов». В настоящее время на пути превращения современного города в экологичный можно вьщелить два направления решения проблемы: ♦ Экологизация существующих неэкологичных городов путем создания новых, полностью экологичных кварталов и микрорайонов (устойчивых территорий); ♦ Строительство новых экологичных городов - экосити. Существующие города будут подвержены постепенной экореконструкции и экореставрации.. Определим эти понятия. Экореконструкния- это приведение параметров существующего города в состояние равновесия с природной средой. ' Хартия (от трем, chartes - бумага, грамота) - документ публично-правового и политического характера (например, в средние века в государствах Пиренейского полуострова была принята Хартия городов и коммун). 91 Переход к экологичному городу (по А. Н. Тетиору) Экореставрация антропогенного ландшафта - это возврат компонентов ландшафта в то естественное, природное состояние, в котором он находился прежде. Конечно, эти процессы должны осуществляться комплексно и сопровождаться экологизацией всей деятельности человека. Без такого системного подхода невозможно достичь основной цели - одновременного восстановления природной среды, качества жизни, экологического равновесия и устойчивого развития города. Единство природной и городской среды 92 ( •9 9 t > /Sonfiocbt и за^акил /. Что называется экореконструкцией и экореставрацией? 2. Дайте характеристику основных направлений решения проблемы экологичного города. ^ Практическая работа №6 (по практикуму №11). Изучение экологического состояния пришкольной территории. ^7п>о/зеть сет Дайте определения или характеристику основным понятиям и терминам главы «Экология города» («Урбоэкология»): урбанизация; урбосистема, городская среда, мегаполисы; шумовое загрязнение; пылевое загрязнение; зеленые насаждения города; интродукция; синантропные виды; проблема отходов; компостирование мусора; экореконструкция; экореставрация. вожросы и 3M>JHua qjjL пов}й.о1генмл, обо^щекил и сис1нем.а(низаи,ии знаний /. Что называется урбанизацией? Как влияет урбанизация на экологическое состояние городских экосистем? 2. Дайте подробную характеристику вашему району как одному из компонентов урбосистемы вашего города. 3. При основании Петербурга были приняты строжайшие указы: самовольная порубка деревьев была категорически запрещена, вдоль основных магистралей производились посадки деревьев, запрещалось сбрасывать в открытые водоемы мусор, стирать и полоскать в них белье, сброс мусора с кораблей карался штрафом, а вторичный сброс - конфискацией кораблей вместе с грузом..Кжое значение имели данные указы? 4. Как изменяются компоненты природной среды (атмосфера, растительность, почва и др.) в условиях крупного города? 93 5. Определите уровни шума в различных помещениях школы (классе, столовой, физкультурном зале, слесарной мастерской и др.), сравните полученные результаты с допустимыми значениями, сделайте вывод об экологическом (санитарно-гигиенический аспект) состоянии школы. 6. Приведите примеры синантропных видов животных вашего региона. 7. Напишите сочинение на тему «Город XXI века». ' ®^жесмошй ионжром /. Буроватое облако, которое можно наблюдать в солнечные дни над центром городских агломераций с интенсивным автомобильным движением, - это: 1. капельная эрозия 2. фотохимический смог 3. смесь углекислого газа с воздухом 4. смесь сероводорода с воздухом 5. нет правильного ответа 2. Наиболее чувствительны к действию шума горожане: 1. младенческого возраста . 2. подросткового возраста 3. среднего возраста 4. в возрасте старше 50 лет 5. нет правильного ответа 3. Средняя доля городского населения в настоящее время (1990 г.): 1.14% 2.29% 3. 33% 4. 45% 5. 50% Заболевание, вызванное вдыханием пыли, содержащей свободный кремнезем, называется: 1. силикатоз 2. силикоз 3. асбестоз 4. талькоз 5. нет правильного ответа 94 5. На одного жителя нашей планеты приходится в год в среднем: 1. 100 кг мусора 2. 1 т мусора 3. 3 т мусора 4. 5,5 т мусора 5. 10 т мусора 6. В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания находятся вещества, которые могут вызвать образование раковых опухолей. Эти вещества называются: 1. канцерогенными 2. наркотическими 3. токсичными ' 4. обезболивающими 5. антибактериальными В конце XIX в. в индустриальных центрах Англии из-за избытка оседания копоти исчезли белые стволы берез, и обитавшие на них бабочки стали приобретать темную окраску. Это явление называется: 1. устойчивое развитие 2. точечное загрязнение 3. экологическое нарушение 4. промышленный меланизм 5. популяционный взрыв сР. В результате жизнедеятельности человека образуется масса продуктов, которые являются бытовыми отходами. Выберите из них такой, который будет перерабатываться в круговороте веществ дольще всех: 1. бумага 2. полиэтилен 3. жесть 4. картон 5. ткань хлопчатобумажная 9. Синантропными называются: 1. виды, живущие в тесной связи с человеком 2. виды, вытесненные за пределы своих естественных ареалов 3. виды домащних животных 4. виды, переселенные с других географических территорий и обогащающие местную флору и фауну 5. нет верного ответа 95 2. 3. 4. 5. /О. Основным источником шума в городе является 1. транспорт громкая речь людей шум промышленных предприятий киоски звукозаписи и продажи аудиокассет нет верного ответа //. Наиболее эффективный способ решения проблем, связанных с накоплением отходов производства и бытовых отходов в окружающей среде, состоит: 1. в расширении площадей специально оборудованных свалок и могильников в увеличении численности мусоросжигательных заводов в заполнении отходами пустот земной коры, образованных путем добычи полезных ископаемых в предотвращении образования отходов путем изменения образа жизни, структуры потребления и производственных технологий в захоронении всех отходов в контейнерах 2. 3. 4. 5. /■2. Положительный экологический эффект в городах дает; 1. крупное производство 2. малоотходное производство 3. энергоемкое производство 4. мелкое производство 5. компьютеризованное производство /3. При благоустройстве территорий новостроек можно нередко наблюдать следующее: в таких местах часто образуются застойные лужи, плохо растут зеленые насаждения. Одной из причин данного явления может быть: 1. выпадение повыщенного количества осадков 2. территория плохо выравнена 3. для новостроек выбирают только очень плотный грунт 4. переуплотнение и снижение водопроницаемости грунта из-за строительного мусора, засыпанного почвой 5. нет правильного ответа 96 /у. в одной из серий опытов американских исследователей подопытная группа мышей «озвучивалась» в течение года по 2 часа шумом, записанным в Нью-Йоркском метрополитене. В результате численность подопытной группы, по сравнению с контрольной (которая не «озвучивалась»), резко сократилась. По результатам опыта можно сделать вывод: ]. шум помогает регулировать численность грызунов 2. шум является канцерогенным фактором 3. шум повышает сопротивляемость организма животного 4. шум метрополитена - особо опасный шум по сравнению с другими видами шумов 5. шум - один из факторов антропогенного воздействия на живые организмы, который может повлиять на процесс размножения /5. В условиях урбанизации происходят следующие изменения абиотических факторов: 1. повышение температуры и скорости ветра, увеличение кислотности 2. повышение температуры и скорости ветра, снижение кислотности 3. снижение температуры и скорости ветра, снижение кислотности 4. повышение температуры, снижение скорости ветра, повышение кислотности 5. повышение температуры, снижение скорости ветра, снижение кислотности f6. К принципам, определяющим устойчивое развитие городских территорий, относится: 1. стабилизация численности населения городов 2. рециклизация отходов 3. переход к энерго- и ресурсосберегающему образу жизни 4. создание самодостаточного городского жилища 5. повышение платы за жилье 7 Заказ 452 97 .. .Umi Moqu cqeMUOiH itiaK, чли>6ы. в €o3qifce анало меньше ^ыма. или qbui cqeuaeHi tfiajc, >иЯо на Земле aftOHetH Л1еньше люс/ей. Дж. Баттон 7JJ8J У ПРОМЫШЛЕННАЯ (инженерная) ЭКОЛОГИЯ § 1. Взаимодействие в системе «производство ~ окружающая среда» Человечество непрерывно совершенствует способы воздействия на природу. Усложняются методы, и увеличиваются масштабы этого воздействия. Развитие технологии часто осуществляется при полном пренебрежении к природе. Инженерно-технологическое решение какой-то задачи до недавнего времени рассматривало только два параметра: достижение конкретной цели (выпуск необходимой продукции, выработка энергии и др.) и экономический эффект. Такое отношение к технологии складывалось веками, оно исключало из рассмотрения вопросы взаимодействия производства и общества с окружающей средой. Человек, извлекая из природного сырья полезный компонент, весьма произвольно трактовал, само понятие «полезный». Сложный, многокомпонентный продукт, образовавшийся в результате многовекового геологического процесса, рассматривался как однокомпонентное полезное ископаемое. Разрабатывалась технология, обеспечивающая более или менее полное извлечение единственного компонента сырья, а основная масса природного продукта превращалась в отходы. Они-то и являются главной составляющей техногенного воздействия на окружающую среду. Например, цветные металлы обычно получают из руды, одна тонна которой содержит от нескольких граммов до нескольких 98 Система «производство - окружа|Ьщая среда» килограммов полезного вещества. В цветной металлургии при получении 12 основных металлов (алюминий, медь, никель, кобальт, свинец, цинк, вольфрам, молибден, золото, ртуть, олово, сурьма) из руд может попутно извлекаться еще 63 полезных компонента, в том числе благородные и редкие металлы, редкоземельные элементы и др. Тем не менее, комплексная переработка руд цветных металлов пока еще не стала непреложным законом. Кроме того, следует отметить, что каждые 7-8 лет общее количество полезных ископаемых, используемых человеком, удваивается. Потребности современного человека обеспечиваются расходом 20-30 т/год различных видов минерального сырья, из которых в лучшем случае 1-2% переходят в конечную продукцию. Следовательно, при существующей технологии пятимиллиардное население планеты должно «производить» не менее 100 млрд, т производственных отходов. К этому количеству следует добавить немалую долю отходов потребления, среди которых только бытовые отходы индустриально развитых стран Запада составляют более 13 млрд, т, и их объем увеличивается в 10 раз быстрее роста населения. 7* 99 Где же выход из создавшейся обстановки? М. Монтень в работе «Опыты» подчеркнул, что «в природе нет ничего бесполезного». Известный эколог Б. Коммонер почти афористично ответил на этот вопрос: «Природа знает лучше». Жизнь растений и животных, сушествующая на Земле миллиарды лет, обусловлена процессами, сопровождавшимися образованием значительных количеств отходов. И в то же время в целом ее развитие подчиняется законам безотходного производет-ва. Здесь нет противоречия, так как все отходы перерабатываются природой и находят свое место в организации новой жизни. Происходит естественный биогеохимический круговорот вещества. Так в природе реализуется принцип безотходного производства, позволяющий экономно расходовать вещество и энергию, при котором отходы одних организмов служат средой обитания других. . т»т. воп/госи и заманил /. Как производства взаимодействуют с окружающей средой? 2. Почему процессы, протекающие в биосфере, в целом можно охарактеризовать как безотходное производство? § 2. Современные подходы к созданию малоотходных,энерго- и ресурсосберегающих технологий В настоящее время научные интересы ученых и технологов направлены на разработку малоотходных и ресурсосберегающих технологий (в задачи которых входит создание производства с минимальным количеством отходов, вредные воздействия которых не превыщают допустимой санитарно-гигиенической нормы), а также на экономное использование природных ресурсов. С этой 100 точки зрения безотходные технологии, идея которых была сформулирована академиками Н. Н. Семеновым, И. В. Петряновым-Соколовым и Б. Н. Ласкориным, являются идеальной моделью, на которую должно ориентироваться современное производство. Очевидно, что степень приближения производства к безотходному определяется эффективностью использования в технологических процессах сырья и материалов. Единого критерия оценки безотходности производства пока нет. Например, в химической промышленности используется коэффициент безотходности (Кб), определяемый по формуле: Кв = f X К„ X Кз X Кз.„ где f - эмпирический коэффициент пропорциональности; К„, Кэ - коэффициенты полноты использования материальных и энергетических ресурсов; Кэ .J - коэффициент соответствия предприятия экологическим требованиям. В идеале (для безотходного производства) коэффициент безотходности должен быть равен 100%, для малоотходного производства коэффициент безотходности ориентировочно равен 75-90%. Экологизация производства - сложный и длительный процесс. Его первый этап предусматривает усовершенствование технологии, что должно привести к экономии природных ресурсов, сокрашению вредных выбросов, развитию и модернизации очистных сооружений, минимизации отходов. Рассмотрим основные принципы создания малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий. ♦ Комплексная переработка сырья. Большие сложности возникают при решении вопроса комплексной переработки руд цветных металлов. Оценивая пути внедрения малоотходной технологии в цветную металлургию, следует иметь в виду, что объемы ее твердых отходов, приходящиеся на единицу готовой продукции, в десятки и даже сотни раз выше, чем в черной металлургии, и в тысячи раз больше, чем в других отраслях. Они чрезвычайно токсичны и трудно утилизируемы. С другой стороны, сложность организации малоотходной техноло- 101 ГИИ в цветной металлургии заключается в том, что почти каждое ее предприятие требует собственной технологии. Даже получение одного металла может быть связано с различными технологиями; например, медь получают из медных, медно-цинковых, свинцово-медно-молибденовых руд, и каждое исходное сырье требует своей технологии. ♦ Сокращение энергетических затрат. В промышленности энергозатраты резко снижаются при использовании каталитических процессов, которым в создании новых технологий, бесспорно, принадлежит одно из ведущих мест. С точки зрения комплексного использования энергетических ресурсов, особый интерес представляет разработка сопряженных каталитических процессов, когда энергия, вьщеляемая в одном технологическом процессе, используется для сти.мулирования другого. Еще больщего эффекта можно ожидать от микробиометаллургии - извлечения металлов из руд с помощью некоторых микроорганизмов. В отдельных странах осуществляется многотоннажное микробиологическое извлечение меди с помощью хемолитотрофных (буквально «поедающих скалы») микроорганизмов. Масщтабы такого самого молодого металлургического процесса весьма вну-щительны; в США более 10% общей добычи меди осуществляют с помощью микроорганизмов. Энергозатраты в этом случае минимальны. ♦ Замкнутые водооборотные циклы. Даже самая глубокая очистка сточных вод, связанная с боль-щими затратами средств, материалов и человеческого труда, не гарантирует полного восстановления качества воды, а потребности в воде в больщинстве производств возрастают. Например, на изготовление 1 т синтетического волокна расходуется 2500-5000 м^ воды, 1 т пластмассы -500-1000 м^, 1 т бумаги - 400-800 м^, 1 т стали и чугуна - 160-200 м^.. Поэтому перевод предприятий на бессточный режим обеспечивает сохранность окружающей среды. В случае замкнутых водооборотных циклов отработанные технологические воды не отводятся в поверхностные и подземные 102 Водооборотные циклы водоемы, а после частичной,очистки возвращаются в производственный цикл. Такая очистка не предполагает достижения санитарно-гигиенических норм (ПДК) и поэтому достигается существенно меньщими усилиями; сброс промышленных вод минимален, а в идеале может быть сведен к нулю, что обеспечивает сохранность природных объектов окружающей среды, и в первую очередь гидросферы. В настоящее время достаточно широко используются и газооборотные технологии. ♦ Внедрение новых технологических процессов получения традиционных материалов. Новые технологии, исключающие или значительно сокращающие стадии, которые связаны с образованием наибольшего количества отходов, обеспечивают переход производства на малоотходный режим. Например, выплавка стали в электропечах позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды. ♦ Внедрение технологических процессов переработки отходов. В производственном процессе компоненты сырья последовательно перерабатываются в полезный продукт, а образующиеся отходы переходят в разряд вторичных ресурсов, которые в большинстве случаев на других производствах могли бы превратиться в другой полезный продукт. В связи с этим большое значение приобретает межотраслевое кооперирование, позволяющее орга- 103 низовать малоотходную технологаю не на одном конкретном предприятии, а в рамках определенного региона. ♦ Рациональное размещение промышленных предприятий. Кооперирование различных производств с целью комплексной переработки сырья и утилизации отходов способствует созданию малоотходного производства. Например, при условии радиационной безопасности ядерную энергетику целесообразно совмещать с различными технологическими процессами, использующими вторичные энергетические ресурсы, - получением аммиака, метанола, стали, цемента и других энергоемких продуктов. Таким образом, мы подходим к реализации идеи малоотходной технологии не в рамках одного отдельного предприятия, а всего территориально-производственного комплекса (ТПК). Эти комплексы как основная хозяйственная единица позволяют с наибольшей эффективностью использовать сырьевые ресурсы, снижать экономические затраты, организовывать производство таким образом, чтобы отходы одного предприятия находили применение для другого, т. е. создавать условия организации малоотходной технологии всего ТПК. При формировании ТПК следует учитывать возможность возникновения синергетического эффекта, т. е. увеличения степени вредности вследствие взаимодействия веществ, производимых различными производствами. Так, например, совместное размещение нефтеперерабатывающих заводов и предприятий по производству азотных удобрений вследствие фотохимического взаимодействия выбросов этих производств приводит к образованию сильнодействующих токсичных веществ. В связи с этим раздельное размещение этих предприятий экологически более целесообразно. '.»Tt , BonfiocM. и заманил /. В чем заключается смысл безотходной технологии получения готового продукта? 2. Что характеризует коэффициент безотходности? 3. Перечислите основные принципы создания малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий. 104 оагрязнение окрз^жающеи среды По определению одного из ведущих экологов России Н. Ф. Рей-мерса, «загрязнение окружающей среды» - это «привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, информационных или биологических факторов, или превыщение естественного уровня содержания данных факторов в среде, приводящих к негативным последствиям». Иначе говоря, это все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, что естественно для природы, выводит ее из состояния равновесия. Таблица №5. Основные загрязнители окружающей среды виды ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗМОЖНОЕ ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРЫ 1 2 3 Оксид серы (IV), Сжигание топлива. Изменение климата, обра- сернистый газ SO2 металлургая зование «кислотных осадков», обострение респираторных заболеваний у человека, вред растениям, разъедание строительных материалов и некоторых тканей, усиление коррозии металлических конструкций Взвешенные части- Разработка полезных Изменение климата, со- цы, содержащие тя- ископаемых, вспаш- стояния озонового слоя, желые металлы ка почвы, металлур- увеличение концентрации ГИЯ тяжелых металлов в цепях питания Озон Оз Фотохимические ре- Изменение климата, нега- акции в атмосфере тивное влияние на здоровье человека 105 1 2 3 Оксиды азота NOx Сжигание топлива, транспорт, азотсодержащие минеральные удобрения, авиация Изменение климата, состояния озонового слоя, образование «кислотных осадков». Увеличение концентрации нитратов (нитритов) в пи-шевых цепях, усиление коррозии, создание смога и др. Оксид углерода (IV), углекислый газ СО2 Сжигание топлива, транспорт Изменение климата, «парниковый эффект» Ртуть Hg Разработка ргутьсо-держащих руд, производство хлора, соды, ряда пестицидов, свалки Накопление в организмах по пищевым цепям Свинец РЬ Транспорт, металлургия Накопление в организмах по пищевым цепям Кадмий Cd, цинк Zn, медь Си и др. тяжелые металлы Химическая промышленность, металлургия Гибель обитателей водоемов за счет накопления по пищевым цепям Оксид углерода (II), угарный газ СО Сжигание топлива, транспорт Изменение климата, нарушение теплового баланса верхней атмосферы Асбест Строительные материалы Влияние на здоровье человека Нефть Нефтехимическая промышленность Нарушение теплообмена гидросферы с атмосферой, гибель морских организмов Полициклические углеводороды (бензопирен) Химическая промышленность, сжигание топлива, транспорт, курение Изменение климата, состояния озонового слоя, негативное влияние на здоровье человека Фосфаты , Химическая промышленность, производство фосфорных удобрений Экологическое состояние вод в реках и озерах Пестициды Химическая промышленность, производство пестицидов Накопление в организмах По пишевым цепям 106 1 2 3 Фторхлорпроизводные углеводородов (фреоны) Холодильная промышленность, производство аэрозольных упаковок Разрушение озонового слоя Шанеты, изменение климата Радиация Естественный (в основном, радоновый фон) и искусственный фон (медицинское обслуживание, испытание ядерного горючего, АЭС) Злокачественные новообразования и генетические мутации Виды загрязнений многообразны. Это и выбросы вредных веществ в атмосферу, попадание в водную среду производственных и коммунально-бытовых отходов, нефтепродуктов, минеральных солей, тяжелых металлов; засорение ландшафтов мусором и твердыми отходами; широкое применение пестицидов; повышение уровня ионизирующей радиации, накопление тепла в атмосфере и гидросфере; усиление шумовых и электромагнитных воздействий. Существует много самых разных классификаций загрязнений окружающей среды. Г. В. Стадницкий и А. И. Родионов выделяют следующие виды загрязнений экосистем: ♦ ингредиентное (от лат. ingredientis - составная часть соединения или смеси) заключается в поступлении чуждых естественным экосистемам веществ, например, отходов различных производств, бытовых стоков и мусора и др.; ♦ параметрическое (параметр - величина, характеризующая свойства процесса, явления) связано с изменением характеристик окружающей среды, например, уровня освещенности, шума, радиационного фона, интенсивности электромагнитного излучения и др.; ♦ биоценотическое заключается в воздействии человеческой деятельности на состав и функционирование популяций живых организмов, например, нерегулируемый отлов, отстрел животных, браконьерство, перепромысел и др.; 107 ♦ стациально-деструктивное (от mT.statio - местопребывание, destructio - разрушение) состоит в изменении природных ландшафтов и экосистем в процессе природопользования, например, урбанизация, осушение земель, эрозия почв, вырубка лесов, пожары, мелиоративные работы и др. Уровень загрязнения окружающей среды зависит от очень многих факторов, например, величина загрязненности воздуха золой и сажей зависит главным образом от следующих факторов: Ф Величина выброса. Чем больше выброс в единицу времени, тем больше загрязненность воздуха. Но эта зависимость не прямая, так как влияют и другие факторы. Например, при снижении коэффициента очистки с 99,8 до 99,2% выброс увеличивается в 4 раза в связи с нелинейной зависимостью. 4 Направление и скорость ветра. Чем выше скорость ветра, тем в большем объеме будут разбавляться поступающие в воздух загрязнения, тем меньше будет их концентрация. ♦ Разность температур (температурный градиент). Чем выше разность температур, тем сильнее вертикальные потоки воздуха, больше угол раскрытия дымового факела, имеющего конусообразную форму, больше перемешивание загрязнений с воздухом. 108 ^ Влажность воздуха. Отмечается прямая зависимость между концентрацией дыма и относительной влажностью воздуха. Частички загрязнений, являясь ядрами конденсации для водяных паров, отягченные водяной оболочкой, опускаются вниз и увеличивают загрязнение воздуха. ^ Расстояние от источника выброса. Степень разбавления дыма атмосферным воздухом находится в прямой зависимости от расстояния, которое дым прошел до данной точки. Ф Высота выброса. Чем выше труба, тем меньше концентрация золы и сажи в воздухе у земли: дымовой факел позднее касается земли, и его сечение в месте соприкосновения с землей больше; скорость ветра с высотой увеличивается, а соответственно увеличивается и объем воздуха, с которым перемешиваются эти загрязнения в точке выброса. Bonfiocbt и заманил /. Что называется загрязнением окружающей среды? 2. Какие виды загрязнения экосистем вы знаете? 3. О чем свидетельствует высота трубы предприятия, с точки зрения уровня загрязнения окружающей среды? 109 § 4. Экологическое нормирование качества окружающей среды Экологическое нормирование призвано ограничить антропогенные воздействия экологическими возможностями живых систем и нацелено на оптимизацию взаимодействия человека с природой, то есть на научно обоснованное использование природных ресурсов. Экологическое нормирование предусматривает; ♦ учет множественности путей загрязнения и самоочищения элементов биосферы при оценке последствий антропогенного воздействия; ♦ выявление наиболее чувствительных к антропогенному воздействию, «критических» компонентов биосферы; ♦ развитие научного подхода к нормированию антропогенных воздействий с учетом их влияния на природные экосистемы. Основным критерием при определении допустимой экологической нагрузки является отсутствие снижения продуктивности, стабильность и разнообразие экосистем. При нормировании антропогенных воздействий большое значение имеют приоритетные факторы (загрязнители окружающей среды). Санитарная охрана окружающей среды предусматривает соблюдение предельных нормативов содержания загрязнителей в воздухе, воде и почве, называемых предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Значение ПДК устанавливается органами здравоохранения. В основе установления ПДК лежат известные экологические законы: закон Либиха (минимума) и закон Шелфорда (толерантности), с которыми вы познакомились в 9 классе при изучении классической экологии. Суть первого состоит в том, что веществом, присутствующим в недостатке (в минимуме) по сравнению с потребностями живого 110 организма (например, растения), определяется жизнеспособность и продуктивность этого организма. Суть же закона толерантности состоит в том, что состояние организма зависит не только от вещества, присутствующего в недостатке, но и от вещества, присутствующего в избытке по отнощению к потребностям организма. Это значит, что любой организм, в том числе и человеческий, имеет как верхний, так и нижний пределы выносливости (толерантности) по отнощению к физическому или химическому фактору. Загрязняющие вещества (в больщинстве случаев ксенобиотики) - это обычные экологические факторы, и экологические законы распространяются на их действие. Понятно, что применительно к таким веществам нижний предел толерантности значения не имеет, а верхний предел не должен превыщаться ни при каких условиях. Поэтому же пороговые значения экологического фактора, при которых в организме еще не может произойти никаких необратимых патологических изменений, принимаются в качестве ПДК. Например, для воздущной среды установлены ПДК в воздухе рабочей зоны ПДКрз (производственного помещения), на территории промыщленного предприятия (обычно принимается значение 0,3 ПДКр з), в атмосферном воздухе населенного пункта - ПДКн.п- Подход к определению ПДК 111 Предельно допустимыми концентрациями (ПДК) называются такие концентрации химических веществ, содержание которых при воздействии на людей, живущих в населенном пункте, круглосуточно и в течение всей жизни, не могут вызвать заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследований, как в настоящее время, так и в отдаленные сроки жизни нынещнего или будущих поколений. Специфика установления ПДКрз и ПДКн.п состоит в том, что в первом случае вещество воздействует в течение времени, ограниченного рабочим днем и рабочим стажем, на практически здоровых взрослых людей, а во втором - круглосуточно и в течение всей жизни на всех людей. Поэтому в воздухе населенного пункта устанавливают два значения ПДК; среднесуточные и максимально разовые. В системе экологического нормирования вьщеляют также предельно допустимый выброс (ПДВ) - норматив, установленный для разовых выбросов загрязняющих веществ в воздух, и предельно допустимый сброс (ПДС) - норматив для разовых сбросов загрязнителей в водоемы. При выработке этих нормативов требуется учет больщого числа факторов, таких, как гидрометеорологические условия, рельеф, распределение в пространстве и времени, подверженных воздействию организмов, чувствительности этих организмов к воздействиям и т. д. Изучение данных параметров ведется экологическими службами города. Экологические службы города (экопатруль в Санкт-Петербурге) 112 При оценке нагрузки на природную среду всесторонний анализ окружающей среды позволяет учесть все виды воздействий (естественные и антропогенные) на различные элементы биосферы - отдельные организмы, популяции и биогеоценозы экоситемы в целом. Следует подчеркнуть особенность предельно допустимой экологической нагрузки (ПДЭН): может оказаться, что «критическим звеном» всей экологической системы будет какой-либо отдельный вид, весьма чувствительный к данному конкретному воздействию, и допустимая нагрузка на экосистему в целом будет определяться нагрузкой именно на этот вид (вспомните закон минимума). Различие между предельно допустимым и фактическим состоянием характеризует экологический резерв системы. Он будет тем больше, чем меньше отличается фактическое состояние от среднего (нормального). Экологический резерв определяет возможную долю возобновляемых природных ресурсов, которая может быть изъята из биосферы (либо ее компонентов) без нарушения основных свойств среды. &onfiocu и зас/алил /. Какие задачи решает экологическое нормирование? 2. Что означают ПДК, ПДВ, ПДС, ПДЭН? 3. Что такое экологический резерв системы? § 3. Методы очистки сточных вод и газовых выбросов Заботясь об охране окружающей среды, необходимо помнить, что никакие очистные сооружения и малоотходные технологии не смогут восстановить устойчивость биосферы, если будут пре- 8 Заказ 452 113 Схема очистки промышленных сточных вод вышены допустимые (пороговые) значения сокращения естественных, не преобразованных человеком природных систем, в чем проявляется действие закона незаменимости биосферы. Рассмотрим в общем виде принципиальные схемы очистки сточных вод и газовых выбросов. ♦ Очистка сточных вод. В схеме очистки сточных вод первым этапом обычно является их освобождение от твердых частиц. При этом используются следующие методы: ♦ механический, основанный на действии центробежных и гравитационных сил (сепарация, отстаивание); ♦ фильтрование (применение специальных сит, тканей, волокнистых материалов, мембран и др.); ♦ флотация (получение системы «загрязняющаяся частица -воздущный цузырек» и ее удаление с образовавщейся пеной - пенная флотация, или прилипание частицы загрязнителя к поверхности жидкости - пленочная флотация); ♦ коагуляция (укрупнение дисперсных частиц и их механическое удаление); ♦ флокуляция (укрупнение взвещенных частиц с помощью высокомолекулярных соединений). 114 Флотация, коагуляция и флокуляция связаны с применением химических веществ. На первом этапе могут найти свое место и отдельные физические методы, например, использование магнитного поля и ультразвука. На втором этапе используются главным образом химические и физико-химические методы очистки, такие, как нейтрализация, сорбционные методы (адсорбция - поглощение загрязняющего вещества поверхностью адсорбента, например, активированного угля; абсорбция - поглощение загрязнителя всей массой абсорбента, например, концентрированной серной кислоты), ионный обмен, экстракция, окисление - восстановление, электрические и электромагнитные методы, термические методы, сжигание, каталитическое окисление, жидкофазное окисление, выпаривание, плазменный метод и др. И наконец, биохимический или биологический метод очистки (на схеме - «обезвреживание»), который основан на способности микроорганизмов использовать многие органические и неорганические вещества (сероводород, аммиак, сульфиды, нитриды и др.) для питания в ходе своей жизнедеятельности. Естественная биологическая очистка сточных вод осуществляется на полях фильтрации, полях орощения, в биологических прудах и т. п. Дгтя искусственной биологической очистки применяют специальные сооружения: первичные отстойники, аэротенки (от аэро... + tank - резервуар, бак) и др. Ново-Курьяновская станция биологической очистки канализационных вод в Москве 115 Схема очистки газовых выбросов ♦ Очистка газовых выбросов. Методы, используемые в схеме очистки газовых выбросов, в основном аналогичны методам, включенным в систему очистки сточных вод, однако имеются некоторые особенности. Первый этап очистки осуществляют аппараты, принцип работы которых 116 основан на использовании центробежных и гравитационных сил (циклоны - мокрые золоулавливающие аппараты), фильтрующей способности некоторых материалов (рукавные фильтры), действии электрического поля (электрофильтры). Циклоны улавливают частицы загрязнителя за счет центробежной силы, действующей на частицы, которые осаждаются на поверхности пленки воды, стекающей по стенкам циклона (гравитационные силы); степень очистки - 95-96%. Также используются и сухие золоулавливающие аппараты, очистка газов в которых дрстигается в результате действия на частицы сил инерции; степень очистки доходит до 92-95%. /Sonftocbt и задания /. В чем проявляется закон незаменимости биосферы? 2. Опишите основные этапы очистки сточных вод. 3. Как очищают газовые выбросы? Й Практическая работа №7 (по практикуму №12). Оценка экологического состояния водных объектов. Практическая работа №8 (по практикуму№13). Оценка экологического состояния воздушной среды. ±)7ПРовгть сет Дайте определения или характеристику основным понятиям и терминам главы «Промышленная экология»: промьшшенная экология; коэффициент безотходности; малоотходная технология; принципы создания малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий: комплексная переработка сырья, комплексное использование энергетических ресурсов, замкнутые циклы, внедрение новых технологических процессов цолучения тради-ционньк материалов, внедрение технологических процессов переработки отходов, рациональное размещение промышленных предприятий; территориально-произюдственные комплексы; загрязнение 117 окружающей среды; загрязнения экосистем: ингредиентное, параметрическое, биоценотическое, стациально-деструктивное; экологическое нормирование; ПДК; ПДВ; ГЩС; ПДЭН; экологический резерв системы; методы очистки сточных вод; методы очистки газовых выбросов; закон незаменимости биосферы. О/ вОЛТОСЫ и 3J2)JHUSt е^лл no€inoltenuji, о^о^щенил и сис/нем-агнизации знаний /. Что изучает промышленная экология? 2. Почему сегодня чаще говорят о малоотходных, ресурсо- и энергосберегающих технологиях и реже о безотходных технологиях? 3. Назовите основные принципы создания малоотходных технологий. 4. Что называется загрязнением окружающей среды? К какому виду загрязнений относятся: сброс сточных вод в водоемы, шумовое загрязнение, браконьерство, мелиоративные работы? 5. Предложите схему очистки сточных вод предприятия, содержащих взвешенные частицы, ионы тяжелых металлов, повышенные концентрации нитрат-, хлорид- и сульфат-ионов. Приготовьте модельную смесь, имитирующую данную сточную воду, и определите в ней основные компоненты. О)' жеежоти иошю>оиь /. К какому виду загрязнений (по Г. В. Стадницкому и А. И. Родионову) относятся: - выбросы в атмосферу оксидов азота; - вырубка лесов; - увеличение радиационного фона; - нерегулируемый отлов: . 118 1.ингредиентное 2. параметрическое 3. биоценотическое 4. стациально-деструктивное 5.нет правильного ответа 2. Поглощение загрязняющего вещества поверхностью твердого вещества называется: 1. адсорбция 2. абсорбция 3. коагуляция 4. флотация 5. окисление 3. Изменение энергетики природной среды в среднем на ....% выводит систему из состояния равновесия (гомеостаза): 1.10% 2.5% 3.1% 4.25% 5.50% 4. Один из основных методов очистки сточных вод второго этапа: 1. отстаивание 2. фильтрование 3 .механический способ 4. ионный обмен 5. сепарация 5. Один из принципов создания малоотходных технологий: 1. замкнутые циклы 2. уменьщение объема выпускаемой продукции 3. увеличение энергоемкости производства 4. нет правильного ответа 6. При оборотном водоснабжении вода... 1. используется для обогрева жилых зданий 2. используется для технологических нужд после очистки 3. повторно используется в производстве 4. повторно используется в производстве после очистки и охлаждения 5. сливается в специальные отстойники 7. Что лежит в основе расчета величины предельно допустимого стока для промыщленного предприятия? 1. токсичность компонентов, загрязняющих воздух 2. устойчивость загрязнения местности 3. концентрация загрязняющих компонентов в исходном сырье 4. факторы рассеивания загрязнений в водоеме 5. нет правильного ответа 119 <Р. Что лежит в основе расчета величины предельно допустимого выброса для промышленного предприятия? 1. токсичность компонентов, загрязняющих воду 2. устойчивость загрязнения местности 3. концентрации загрязняющих компонентов в исходном сырье 4. факторы рассеивания загрязнений в воздухе 5. нет правильного ответа 9. Укажите процесс, наиболее эффективный при очистке мутных сточных вод: 1. выпаривание 2. отстаивание 3. коагуляция 4. электролиз 5. нейтрализация 70. Укажите процесс, наиболее эффективный при очистке газовых выбросов, содержащих соединения серы: 1. фильтрация 2. абсорбция 3. крекинг 4. каталитический дожит 5. циклонирование 77. Максимальное количество выбросов загрязнителя, которое может быть переработано окружающей средой в ходе естественных процессов без каких-либо заметных доступными методами экологических последствий, - это: 1. ПДК 2. ПДВ 3. ПДС 4. ПДЭН 5. нет правильного ответа 72. Укажите процесс, наиболее эффективный при утилизации бытовых отходов: 1. компостирование 2. сжигание 3. использование в качестве топлива 4. эвакуация на специальные свалки 5. захоронение в котлованах 120 Если калс^нй человек, на KtfCOHJce своей земли сделал йы. все. чвго он utOMceiii, как nfteKftacHxi была йы зелия наша. А. П. Чехов JJJeJ 5 АГРОЭКОЛОГИЯ (сельскохозяйственная экология) § 1. Основные понятия агроэкологии Рост потребностей человечества, не удовлетворяющийся продуктивностью естественных экосистем, привел к созданию искусственных биоценозов - апзоценозов. Первые растительные сообщества, созданные человеком, - посевы хлебных злаков - появились примерно 10-15 тысячелетий назад. Археологические исследования свидетельствуют о том, что культура пщеницы была известна в странах Азии за 5-6 тыс. лет до нащей эры, в Египте -более чем за 4 тыс. лет, в Китае - за 3 тыс. лет, на Балканах - за 2-3 тыс. лет. Рис - также очень древняя культура, которую возделывали в Китае за 5 тыс. лет до нащей эры. В Индии и Северной Африке он появился за 2 тыс. лет до нащей эры, а в Европе - в VIII в. нашей эры. В эпоху великих географических открытий рис был завезен и в Америку. Кукуруза же, напротив, в этот период была вывезена из Америки в Европу. Когда наши далекие предки начали обрабатывать землю, они выбрали для этих целей наиболее подходящие участки. Наблюдения за живой природой подсказали им, что под поля лучще всего занимать ровные, богатые влагой земли с толстым слоем плодородной почвы, изобилующей перегноем и другими питательными веществами. Сначала землю обрабатывали деревянной сохой, лопатой, тяпкой, бороной, затем металлическим плугом. На помощь плугу человеческий разум привлек еще два мощных рычага плодородия. Во-первых, для восстановления обедненного биоценоза люди стали периодически давать полям отдых. 121 засеивая их травами или сменяя культуры. Во-вторых, поняв роль азота и зольных веществ, начали применять их в качестве минеральных удобрений. Так возникали искусственные, создаваемые и регулируемые человеком агробиоценозы. Агроэкология, или сельскохозяйственная экология| - это раздел экологии, изучающий влияние факторов среды на продуктивность культурных растений, а также структуру и динамику сообщества организмов, обитающих на сельскохозяйственных полях, влияние агробиоценозов на жизнедеятельность культивируемых растений. Основы современной агроэкологии разработаны в 50-60-е годы нашего столетия Г. Ацци и В. Тишлером. Агробиогеоценоз (агроэкосистема) - это искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей. Как и естественные экосистемы, агробиогеоценозы являются элементарными единицами биосферы (поля, искусственные пастбища, огороды, сады, виноградники, сенокосы, лесные посадки, парки). Основу агробиогеоценоза составляет искусственный фитоценоз - сельскохозяйственные культуры. Обычно агробиогеоценозы пополняются сообществом животных (насекомых, птиц, млекопитающих, земноводных). Высокая продуктивность агроэкосистем обеспечивается интенсивной технологией, подбором высокоурожайных растений, внесением удобрений, мелиорацией (осушением или орошением) и др. Агробиогеоценоз'- искусственная экосистема 122 Афоэкосистемы автотрофны, их основной источник энергии -Солнце. Дополнительная энергия, используемая человеком при обработке почвы (применение тракторов, удобрений, пестицидов и др.), не превышает 1% солнечной энергии, усваиваемой афо-экосистемой. Среди продуктов афоэкосисте.мы можно назвать культурные растения, травы сенокосов и пастбищ, деревья лесов, садов и др. Консументами в афоэкосистеме являются человек и сельскохозяйственные животные. Роль редуцентов в афоэкосистеме в основном выполняют бактерии, которые поддерживают плодородие почв, превращая остатки живых организмов в гумус. Между афобиогеоценозом (искусственной экосистемой) и биогеоценозом (естественной .экосистемой) имеются существенные различия (табл. №6). Таблица №6. Сравнение афобиогеоценоза и биогеоценоза Критерий сравнения Биогеоценоз Агробиогеоценоз 1 2 3 Батане питательных веществ В биогеоценозе все поглощенные растениями элементы со временем возвращаются в почву В афобиогеоценозе значительная часть элементов, питательных веществ человек изымает с урожаем (зерно пшеницы, клубни картофеля, побеги клевера). Чтобы возместить потери, необходимо постоянно вносить в почву удобрения Использование энергии Для биогеоценоза единственный источник энергии - Солнце Афобиогеоценоз помимо солнечной энергии получает от человека дополнительную энергию, например, за счет вносимых в 123 почву минеральных и органических удобрений или результатов энергетических затрат, например, орошения или осушения земель Направление и формы отбора В биогеоценозе действует естественный отбор, направленный на создание взаимоприспособленных конкурентоспособных видов, устойчивых к действию неблагоприятных факторов среды_______________ В агробиогеоценозе ведущим является искусственный отбор, направляемый человеком на создание растений с максимальной продуктивностью Устойчивость системы Биогеоценоз в естественных условиях достаточно устойчивая система. Сверхпороговая антропогенная нагрузка способна вывести биогеоценоз из экологического равновесия Агробиогеоценозы обладают меньшей устойчивостью, их сохранение и процветание всецело связано с деятельностью человека. Если эта деятельность прекрашается, искусственное растительное сообщество сменяется природной растительностью. Например, заброшенная пашня в лесной зоне быстро зарастает кустарником и мелколесьем, которые со временем сменяются настояшими лесами 124 eonfioctxi и засрамил /. Что изучает сельскохозяйственная экологая (агроэкология)? В чем единство и jb чем различие между агробиогеоценозом и биогеоценозом? Почему агроэкосистема относится к автотрофным экосистемам? У. Приведите примеры продуцентов, консументов и редуцентов традиционной агроэкосистемы. г. 3. § 2. Некоторые направления агроэкологической деятельности человека Одним из направлений рационального использования агросистем можно назвать мелиорацию. М&липрация (от лат. melioratio - улучшение) - совокупность организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на улучшение природной среды (сельскохозяйственных угодий). В зависимости от того, в какой отрасли хозяйства применяют мелиорацию, можно вьщелить мелиорацию сельскохозяйственную, строительную, ландшафтную и др. Сельскохозяйственная мелиорация подразделяется условно на три класса: водную, земельную, климатическую. Водная мелиорация направлена прежде всего на регулирование водного режима, водных ресурсов территории; земельная - на изменение поверхности и свойств почвенной толщи, климатическая - на улучшение погодных условий. 125 Каждый из рассмотренных классов мелиорации имеет свою внутреннюю структуру. Например, в водной мелиорации вьщеляют следующие виды: осушение, орошение, обводнение; в земельной - обогащение почв питательными веществами, снижение кислотности или щелочности почв, защита их от смыва, улучшение физических свойств почв и др.; в климатической - искусственное вызывание осадков, предотвращение градобитий, борьба с заморозками, пыльными бурями и суховеями. В настоящее время считают, что мелиорация - один из важнейших путей повышения продуктивности сельскохозяйственного производства. Наиболее распространены водные мелиорации - орошение, осу-Мелиоративные мероприятия шение, обводнение. Под орошением понимается подача воды на поля, испытывающие недостаток влаги, и увеличение ее запасов в почве. Осушение - удаление лишней влаги из корнеобитаемого слоя почвы. Обводнение -обеспечение влагой безводных и маловодных районов путем освоения местных ресурсов воды, а также переброски ее по каналам и трубопроводам с других территорий. Среди водных мелиораций наиболее широко распространено орошение. Оно обеспечивает не только высокие урожаи, но и их стабильность. Орошение применялось с давних времен в Египте, Месопотамии, Индии, Японии, Китае, Центральной и Южной 126 Америке, в Средней Азии. Площадь орошаемых земель с каждым годом возрастает, за последние 200 лет она увеличилась в 25 раз. Орошение применяется более чем в 100 странах мира. Поливные земли мира, занимая лишь 17% площади пашни, дают в настоящее время 50% всей продукции растениеводства. Наибольшие площади орошаемых земель находятся в Азии, причем 80% их падает на Индию, Китай, Пакистан. В последнее время орошение все шире начинает применяться и во влажных районах мира, прежде всего в США и ряде стран Западной Европы. Несмотря на значительную сумму годовых осадков, растения здесь также нередко испытывают недостаток влаги в отдельные фазы своего развития. В целом орошение дает большой экономический эффект, повышает биологическую продуктивность земель в несколько раз. Однако длительное орошение земель без должного учета природных условий, а также неправильно применяемая система орошения нередко приводят к так называемому вторичному засолению почв. В результате полива в условиях жаркого климата с длительным сухим периодом может происходить смешение подаваемой на поля воды с сильно минерализованными грунтовыми водами. В дальнейшем эти воды поднимаются по капиллярам в верхние горизонты почвы, засоляя ее. При испарении влаги на поверхности почв образуется соляная кора. Урожаи на засоленных землях резко сокращаются, а некоторые из них переходят в разряд соляных пустынь. В настоящее время от 40 до 60% поливных земель мира подвержено засолению. Для восстановления их плодородия приходится проводить дорогостоящие и сложные работы по промывке почв и отводу с полей соляных растворов. Большие площади на земном шаре занимают различного типа переувлажненные земли. Их хозяйственное использование требует проведения осушительных мелиораций. Общая площадь осушенных сельскохозяйственных угодий на земном шаре составляет 250 млн. га, в ближайшей перспективе площадь таких земель достигнет 750-800 млн. га. Вообще сельскохозяйственные угодья на земном шаре составляют немногим более 4 млрд, га (около 30% площади суши). 127 Из них около 1,5 млрд, га находится под обработкой (пашни, плантации, сады и т. д.) и около 2,8 млрд, га занимают луга и пастбища, В России сельскохозяйственные земли (пашни, сенокосы и пастбища, сады и др.) занимают более 40% ее территории. Наиболее широкое распространение осушение получило в США, Канаде, Китае, Пакистане, Индии, Великобритании, Венгрии, Польше, Германии. Осушительные мелиорации проводятся также и в России. Осушение избыточно увлажненных земель позволяет значительно повысить их плодородие, однако может привести и к неблагоприятным последствиям. Основным из них является уменьшение водообеспеченности территории, общей ее увлажненности за счет усиления поверхностного стока и понижения уровня грунтовых вод. В свою очередь это влечет за собой обмеление рек, зарастание озер, изменение состава растительности, усиление эрозии почв, сокращение охотничьих, грибных и ягодных угодий и т. д. Продуктивность сельскохозяйственного производства можно повысить также за счет применения пестицидов - химических средств защиты растений. Пестициды (от лат. pestis - зараза, caedere - убивать) - это ядохимикаты, предназначенные для защиты сельскохозяйственных растений от вредителей, болезней и сорняков, а также для уничтожения паразитов сельскохозяйственных животных, вредных грызунов и др. Наиболее известны следующие группы пестицидов: ♦ гербициды (против сорняков); ♦ инсектициды (против насекомых-вредителей); ♦ акарициды (против клещей); ♦ фунгициды (против грибковых заболеваний). В настоящее время разработаны гербициды нового поколения, которые используются в небольших дозах, а после применения они быстро разлагаются и не загрязняют ни почв, ни продуктов питания. Поскольку вместе с урожаем с полей уносится большое количество очень важных для почвы элементов: углерод, азот, фосфор, сера, калий и другие, их потеря должна быть компенсирована. 128 На протяжении многих столетий с этой целью использовались органические удобрения, прежде всего навоз. С развитием химической промышленности появилась возможность использования значительно более дешевых минеральных (неорганических) удобрений. Однако в ряде случаев внесение удобрений в почву производилось в количествах, превышающих физиологические потребности культурных растений (наступало переудобрение). Переудобрение легкорастворимыми минеральными удобрениями и навозной жижей (характерной для крупных животноводческих комплексов) приводит к ухудшению качества продуктов растениеводства (плохой сохранности и вкусу, низкому содержанию витаминов, высокому содержанию нитратов) и загрязнению почвы, воздуха и вод. Растительная продукция, которая образуется за сезон вегетации на обрабатываемых полях и пастбищах, называется первичной продукцией агроэкосистем. Это продукция растениеводства. Часть ее непосредственно попадает на наш стол, часть остается на полях неубранной, и лишь приблизительно одна десятая первичной продукции используется в качестве корма для крупного рогатого скота, свиней и домашней птицы, т. е. становится вторичной (животноводческой) продукцией. Интенсификация сельского хозяйства стала сегодня осуществима благодаря научно-техническому прогрессу и достигается применением щирокого спектра минеральных удобрений и пестицидов, использованием высокоэффективной сельскохозяйственной техники, мелиоративными работами, выведением новых сортов растений и пород животных. Из вышеизложенного следует, что увеличение продуктивности сельскохозяйственного производства во многом зависит от качества и количества вложенного в него труда. Показатель энергетической рентабельности, или энергетической эффективности (ЭЭ), используемый в экономике природопользования, рассчитывается по формуле: Количество энергии в продукте питания 03 —-------------------------------------------- ■ Затраты энергии на производство этого продукта Солнечная энергия в расчете не учитывается. 9 Заказ 452 ] 29 Sonfiooxt и заманил f. Что такое мелиорация? Как она применяется в сельском хозяйстве? 2. Что такое пестициды? Для чего они используются? 3. Какую роль играют органические и неорганические (минеральные) удобрения? У. Что называется первичной и вторичной продукцией агросистем? 5. Что показывает величина энергетической рентабельности? V/ § 3. Сельскохозяйственное загрязнение Бытовые, сточные, промышленные воды, навозная жижа агрокомплексов и вымытые с полей удобрения приносят в реки и озера большое количество органических веществ. При их расщеплении в водоемах увеличивается количество фосфора, азота и других биогенных элементов, что приводите разрастанию быстро размножающихся водорослей и высших растений. Такое обогащение водоема биогенными веществами называется эвтрофикацией. Эвтрофикация водоема 130 Эвтрофикация (от греч. ей - хорошо, irophe - питание, лат. facerе - делать) - повышение биологической продуктивности в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных факторов. Благоприятные абиотические факторы наряду с эвтрофикацией водоема приводят к быстрому размножению зеленых водорослей и цианобактерий, называемому цветением воды. Цветение воды - это основной признак эвтрофикации, имеюшей очень неприятные последствия. Вода приобретает грязно-зеленый цвет и такой вкус и запах, что не может использоваться в быту без специальной обработки. Донные камни обрастают нитчатыми водорослями, а растительные остатки, прибитые ветром и волнами к берегу, начинают гнить, выделяя при этом ядовитый газ сероводород, имеюший запах тухлых яиц. Некоторые цианобактерии также вьщеляют ядовитые, вредные для гид-робионтов (организмов, обитающих в водной среде) и человека вещества. (.’тТ?) ^onfioctrt и зае^акил /. Что называется эвтрофикацией водоема и отчего она возникает? 2. Назовите основные признаки эвтрофикации. § 4. Экологическое земледелие Примерно 20-30 лет назад дальновидные специалисты в области сельского хозяйства начали разрабатывать новое перспективное направление - экологическое земледелие. Его основной принцип - учет экологических закономерностей в сельскохозяйственном производстве и их использование в целях оптимизации 9* 131 взаимоотношений человека и природы. Сторонники этого направления выдвигают на первое место не урожайность, а сохранение природного (естественного) плодородия почвы, которое как раз и гарантирует долгосрочное благополучие. Экологическое земледелие подразумевает: ♦ минимальную обработку почвы, т. е. отказ от использования крупногабаритных сельскохозяйственных машин, которые сдавливают почву и тем самым влияют на ее плодородие; ♦ бережное отношение к имеющимся и насаждение новых полос деревьев и кустарников, охраняющих почву от ветровой эрозии; ♦ разумное использование минеральных удобрений и пестицидов. В настоящее время ни у кого уже не вызывает сомнений, что будущее принадлежит биологическим методам защиты, среди которых важнейшим является стимулирование врагов вредителей сельского хозяйства (хищников, паразитов или возбудителей болезней). Среди хищников используются многие птицы, жужелицы, божьи коровки, хищные клещи и личинки мух-журчалок. Для борьбы с мухами белокрылками (вредителями тепличных культур) используются наездники (паразиты). Примером использования возбудителей болезней может служить применяемый во всем мире бактериальный препарат Bacillus thurgeniensis, используемый для борьбы с вредными гусеницами бабочек, такими, как огородные белянки (капустницы, репницы и др.) или кукурузный мотылек. Из других направлений биологической защиты можно назвать стимулирование роста растений с использованием определенных методов их выращивания (смешанное возделывание, севооборот). Севооборот заключается в определенной последовательности возделывания нескольких видов растений на одном земельном участке. Таким образом, в течение одного года, с весны до зимы, различные культуры сменяют друг друга, оптимально используя имеющийся в почве запас питательных веществ. Часто используется не только чередование культур в течение одного года, но и многолетний севооборот. 132 При смешанном возделывании на одном участке выращивают различные сельскохозяйственные культуры. Защита от вредителей и сбалансированное поглощение питательных веществ обеспечивается, в отличие от севооборота, не последовательно друг после друга, а одновременно. Типичные примеры смещанного возделывания - выращивание лука вместе с морковью, капусты или кукурузы вместе с бобами, т. е. мелкокорневых растений вместе с глубококорневыми, ибо они не отнимают друг у друга место и питательные вещества, а кроме того, подавляют рост вредителей соседа. Однако необходимо учитывать, что есть растения, влияющие друг на друга отрицательно, поскольку они конкурируют за питательные вещества, корневое пространство или содействуют развитию вредителей. В качестве примеров нежелательного соседства можно назвать горох и чеснок или помидоры, огурцы и редьку, фасоль и лук. Говоря об использовании в сельском хозяйстве удобрений и пестицидов, человек должен постоянно помнить об эффекте «бумеранга» и о законе предельного плодородия. «Эффект бумеранга» заключается в том, что последствиями все увеличивающегося использования удобрений и пестицидов может быть необратимое загрязнение почв, причем от этого страдают и ни в чем не повинные организмы, прежде всего основные деструкторы (например, дождевые черви), уменьшение популяции которых угрожает гибелью всей экосистеме. Закон предельного плодородия (закон предельной урожайности), описанный К. Праттом в 1965 г., гласит, что повышение урожайности имеет тенденцию к замедлению по мере | того, как необоснованно i увеличивается количество' вносимых удобрений. Зависимость урожайности от количества вносимых азотных удобрений 133 Например, при увеличении ■^-._ ' количества вносимых в почву ■ азотных удобрении урожаи ово- щей увеличивается до определенной величины. Дальше, как ни старайся, урожай останется прежним, только страдает его качество. Овощи становятся невкусными, накопившиеся в них нитраты наносят вред здоровью человека. По нормам Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), предельно допустимая концентрация нитратов для человека в сутки - 3,05 мг/кг массы тела. Значит, допустимая норма для взрослого человека -200-300, а для ребенка - около 100 мг нитратов в день. Вьщеляя далее основные направления экологизации научнотехнического прогресса в сельском хозяйстве, следует отметить компостирование навоза с дальнейшим его использованием в качестве удобрения; применение безотвальных орудий при обработке почв; снижение массы сельскохозяйственных машин, что уменьшает давление на почву; широкое внедрение биологических методов защиты растений, быстроразлагающихся пестицидов и др. Последствия чрезмерного использования минеральных удобрений .,7 7 7) /Sonfiocbi и задания /. в чем состоит отличие экологического земледелия от укоренившегося? 2. Приведите примеры экологизации научно-технического прогресса в сельском хозяйстве. 3. Объясните «эффект бумеранга» и закон предельного плодородия. У. Приведите примеры биологических методов защиты. Практическая работа №9 (по практикуму №14). Оценка экологического состояния почвы. 134 ^ятоветь ce-ssi Дайте определения или характеристику основным понятиям и терминам главы «Агроэкология»: агроэкология; агробиогеоценоз (агроэкосистема); рациональное использование агроэкосистем; мелиорация; пестициды; органические и минеральные удобрения; первичная продукция агроэкосистем; вторичная продукция агроэкосистем; эвтрофикация; цветение воды; экологическое земледелие; биологические методы защиты; «эффект бумеранга»; закон предельного плодородия. вОТСРОСЫ и 3J2)JHUM (^ля по^И1о11ен.ия, обобш^яил и cucifieM.ariiu3au,uu шан.ий /. Что изучает сельскохозяйственная экология (агроэкология)? 2. В чем состоят основные различия между биогеоценозом и агробиогеоценозом? 3. Перечислите основные классы сельскохозяйственной мелиорации. 4. Опишите возможные последствия чрезмерного использования пестицидов и минеральных удобрений в сельском хозяйстве. 5. В чем, по-вашему, заключаются основные принципы экологического земледелия? 6. Определите в различных овощах и фруктах содержание нитратов, используя специальную индикаторную бумагу или колористически. Сравните полученные результаты с ПДК, сделайте вывод об экологической чистоте используемых продуктов. ' жгсмовий /<:онжроиь /. Вешества, используемые в сельском хозяйстве против грибковых заболеваний, называются: 1. гербициды 2. фунгициды 3. акарициды 135 4. минсектициды 5. нет правильного ответа 2. Вещества, используемые в сельском хозяйстве против клещей, называются: 1. фунгициды 2. инсектициды 3. акарициды 4. гербициды 5. нет правильного ответа 3. Ученый, открывщий закон предельного плодородия (1965 г.): 1. Э. Геккель 2. Ю. Либих 3. К. Пратт 4. В. Шелфорд 5.. В. Докучаев 4. ПДК нитратов для человека в сутки равна .... мг/кг массы тела: 1.200 2.23 3.3,05 4.300 5.100 5. Какие из биогенных элементов наиболее ответственны за эвтрофикацию водоемов? 1. водород 2. кислород 3. фосфор 4. сера 5. кремний 6. Как вы думаете, в каком хозяйстве отмечена наибольщая эколого-экономическая эффективность? 1. 1-е хозяйство, используя ядохимикаты, получило прибыль 900 млн. руб., а затем истратило 500 млн. руб. на восстановление земель; 2. 2-е хозяйство, используя биологические методы борьбы, получило 600 млн. руб, а затем истратило 100 млн. руб. на восстановление земель; 3. 3-е хозяйство, не используя никаких эффективных мер, получило прибыль 200 млн. руб., а затем истратило на восстановление земель 400 млн. руб.; 4-е хозяйство, используя минеральные удобрения, получило прибыль 600 млн. руб., а затем истратило 300 млн. руб. на восстановление земель; по этим данным вывод сделать невозможно. 7. Одна из причин истощения почвы, снижение ее плодородия заключается в: 1. соблюдении правил агротехники 2. осущении болотистых мест 3. рациональном внесении удобрений 4. 5. 136 4. интенсивной нерациональной агротехнике 5. использовании лесозащитных полос t где X - постоянная распада; Ti/2 - период полураспада радионуклида; No, Nt - число ядер радионуклида в начальный момент времени и момент времени t; t - время. Смысл данного закона заключается в том, что Закон радиоактивного распада активность (число ядер) радионуклида убывает с течением времени, причем за любой интервал времени распадается одна и та же доля имеющихся ядер радионуклида. ♦ Активность радионуклида (А) - это уменьщение числа ядер (N) за определенный интервал времени (t). А = А. • N, А = Ао • е"^‘, где Ао - активность радионуклида в начальный момент времени. Исторически первой единицей радиоактивности была установлена радиоактивность радона, находящегося в равновесии с 1 г Ra; позднее она была принята равной 3,7-Ю'^’ распадов в 1 с и названа кюри (Ки): 142 1 Ки = 3,7 ■ lO’^ распад/с. Сегодня международной единицей активности является 1 Бк (беккерель), равный 1 распаду в секунду; 1 Бк = 1 распад/с, 1 Ки = 3,7 ■ 10’° распад/с. ♦ Поглощенная доза облучения (Д~) определяется энергией ионизирующего излучения, переданной определенной массе облучаемого вещества: Д = Е/ш, где Е - энергия, Дж; m - масса, кг. Единицей поглощенной дозы является 1 Гр (грей), равный 1 джоулю, поглощенному в 1 кг вещества. 1 гр = 1 Дж/кг = 100 рад, где рад - внесистемная единица. ♦ Эквивалентная доза облучения (Н) равна произведению поглощенной дозы на средний коэффициент качества ионизирующего излучения (к) в данном элементе объема биологической ткани (к - учитывает биологическое действие различных излучений, это справочная величина). Н = кД. Единицей измерения эквивалентной дозы облучения в системе СИ является 1 Зв (зиверт), внесистемной - 1 бэр. 1 Зв = 100 бэр. ♦ Для оценки ущерба здоровью человека при неравномерном облучении введено понятие эффективной эквивалентной дозы Нэфф, применяемое при оценке возможных стохастических* эффектов - злокачественных образований. Нэфф = S Wt • Нт , где Нт - среднее значение эквивалентной дозы в органе или ткани; Wt - извещенный коэффициент, равный отношению ущерба от облучения органа или ткани к ущербу от облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах (см. таблицу №7). Стохастический (от греч. stochaslikos - умеющий угадывать) - случайный, вероятностный. 143 Таблица №7. Значение взвешенных коэффициентов Wy для различных тканей и органов Орган или ткань W. Половые железы , 0,25 Молочные железы 0,15 Кроветворные клетки костного мозга 0,12 Легкие 0,12 Щитовидная железа 0,03 Кость (поверхность) 0,03 Остальные органы (ткани) 0,3 Все тело 1,0 ♦ Мерой ионизирующего действия излучения является экспозиционная доза (X), единицей которой принят 1 Кл/кг (Си), внесистемной - 1 Р (рентген): 1 Р = 2,58 • 10"* Кл/кг = 0,88 рад. ♦ Мощность дозы (экспозиционной, поглощенной или эквивалентной) - это отношение приращения (изменения) дозы за определенный интервал времени к величине этого временного интервала: X = ХЛ, где X- мощность экспозиционной дозы, Р/с, ■ Д = ДЛ, ГДе Д- мощность поглощенной дозы, Гр/с, Н = НЛ, где Н-мощность эквивалентной дозы, Зв/с, t-время, с, 1 Зв/с = 100 Р/с = 100 бэр/с. Л^ощность дозы может быть легко измерена с помощью обычного бытового дозиметра, например, «Белла», «Эко» и др. 6onfu>cbt и задания /. Дайте краткую характеристику основным понятиям радиоэкологии. 144 2. Какой радиоэкологаческий параметр измеряют обычным бытовым дозиметром? 3. Какие органы или ткани наиболее уязвимы к действию радиоактивного излучения? ^ Практическая работа №10 (по практикуму №19). Изучение радиационного аспекта экологического состояния окружающей среды. § 4. Радиоэкология особей Радиоэкология особей изучает механизмы и последствия воздействия радиации на индивидуальный организм, рассматривая следующие вопросы: ♦ пути поступления радионуклидов в организм; ♦ концентрирование и распределение радионуклидов в организме; ♦ выделение радионуклидов из организмов; ♦ радиочувствительность и радиорезистентность организмов; Ф последствия воздействия радиации на организм. Изучение путей поступления радионуклидов в организмы животных предусматривает, в первую очередь, исследование пищевых цепей, по которым происходит перемещение радионуклидов. Радиоактивный стронций и цезий поступают в организм человека в основном с молоком и молочными продуктами, меньще -с растительной пищей и всего лищь на 10% - с водой. Пища, богатая кальцием, снижает поступление стронция, а снижение кальция увеличивает аккумуляцию (накопление) стронция. Переход стронция в зерна овса на супесчаной дерново-подзолистой почве в 4 раза выще, чем на суглинистой, и в 36 раз выще, чем на черноземе. Радионуклиды ртронция и цезия хорощо накапливаются в вегетативных органах, а иногда в семенах, в то время 1 о Заказ 452 145 как другие радионуклиды (^^Zr, '°^Ru и др.) сравнительно слабо поглощаются растениями и в очень малых количествах поступают в надземные части. Радионуклиды в виде слаборастворимых соединений плохо аккумулируются растениями, и наоборот, хорошо растворимые соединения легко включаются в биологический круговорот веществ. Способность организмов накапливать радионуклиды выражается коэффициентом концентрирования (Кконц) (таблица №8): Кконц — Сорг/Сср. об? где Сорг - концентрация радионуклида в живом организме; Сер. об - концентрация радионуклида в среде обитания или в питательном растворе и пище. Если Сорг больше Сер. об. происходит накопление радионуклида, при этом Кконц>Е • Таблица №8. Коэффициенты концентрирования некоторых радионуклидов для пресноводных организмов Элемент С р Cs Sr Zn Fe Растения 10^ 1400 500 530 7240 680 Животные 10^ 2500 250 760 830 550 У наземных организмов резко проявляется закономерность уменьшения коэффициента концентрирования с увеличением их размеров. Растения на суше накапливают радионуклиды с коэффициентом концентрирования по отношению к питательному раствору, равным 10^-10^. У водорослей этот коэффициент составляет 7-10^-10'*; еще энергичнее накапливают радионуклиды водные животные-фильтраторы. Например, Кконц устрицами равен 2-10^. Коэффициенты концентрирования для водных животных в целом гораздо выше, чем для наземных. 146 Скорость выведения радионуклида из органов и тканей животных зависит от интенсивности обмена веществ и физикохимических свойств радионуклида. Время, за которое активность радионуклида, накопленного в организме, уменьшается вдвое (без учета распада самого радионуклида), называется периодом биологического полувыведения (Тб). Время, в течение которого организм освобождается от половины накопленного в нем радионуклида за счет биологического выведения и распада радионуклида, называется эффективным периодом полувыведения. Эффективный период полувыведения (Тэф) рассчитывается по формуле: Тб»Т1 /2 Тэф — Тб -I- Tl/2 где Тб - период биологического полувыведения; Т1/2 - период полураспада радионуклида. Процесс выведения радионуклидов (с большим значением Т1/2), эффективный период полувыведения практически совпадает с биологическим, а для короткоживущих определяется главным образом распадом радионуклида. Выведение радионуклидов из взрослых млекопитающих происходит более g человек и млекопитающие энергично, чем из молодых. Этот факт особенно необходимо учитывать при радиоэкологических исследованиях людей разного возраста. Чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений называется радиочувствительностью, а устойчивость - 10* Беспозвоночные Позвоночные Одноклеточные организмы 10 1о' ю’ Радиорезистентность различных организмов (ЛДюо) 147 Ш* 10® Гр 1000-150 000 Растение 100 000 Амеба 20 000 Улитка 8000 - 20 000 Змея 1000-10 000 Насекомое 800 - 2000 Рыба, птица 600- 1500 Мышь 700 - 900 Крыса 250 - 600 Обезьяна т&г 400 Человек 400 Морская свинка 250 - 400 Собака 350 Коза 300 Осел 200 Овца Полулегальная доза облучения (ЛД$о) для различных живых организмов* Погибает 50% облученных в течение 30 дней, 148 радиорезистентностью (от лат. resistentia - сопротивляемость, проти водействие). Доза, после облучения которой выживает 50% особей, называется полулетальной дозой и обозначается ЛДзо- Радиочувствительность разных организмов может отличаться в сотни и тысячи раз. Как правило, чем проще организм, тем меньше его радиочувствительность и выше радиорезистентность. ЛДзо для клеток млекопитающих составляет десятки сЗв (сантизиверт), для бактерий и дрожжей - 10-45 тыс. сЗв, для инфузорий и амеб - 300-500 тЫс. сЗв. Радиочувствительность растений в целом меньше, чем у животных, но и среди растений есть очень чувствительные к радиации виды (например, сосна). В разных географических районах биологическое действие радиации неодинаково. Более устойчивы к действию радиации животные, обитающие на территориях с повышенным содержанием естественных радиоактивных элементов, - за счет адаптационных механизмов. 8oHfiocM и зш^анил /, Что изучает радиоэкология особей? 2. Какой экологический смысл имеет процесс концентрирования радионуклидов? 3. Какие факторы влияют на скорость выведения радионуклида из организма? У. Рассчитайте эффективный период полувыведения радионуклида '^’Cs из организма белых крыс, зная, что их биологический период полувыведения равен 6,5 дня, а Ti/2 ('^’Cs) = 30 лет. 5. Какие из живых организмов наиболее чувствительны к действию ионизирующей радиации? 149 5. Радиоэкол ОГИЯ популяции и сообществ Радиоэкологая популяций изучает следующие проблемы: ♦ накопление радионуклидов популяцией в зависимости от конкретных условий ее обитания; ♦ зависимость накопления радионуклидов от возрастной и половой структуры популяции; ♦ действие накопленных в организме радионуклидов и ионизирующего излучения на функционирование популяции; ♦ влияние радиации на поведение животных; ♦ изменчивость в популяциях растений и животных на участках с повышенным радиационным фоном. Величина накопления радионуклидов популяциями определяется размерами индивидуальных кормовых участков животных. Так, например, на месте захоронения радиоактивных отходов мелкие животные - мыши и крысы - концентрируют намного больше радионуклидов, чем более крупные, - зайцы, у которых индивидуальные кормовые участки имеют значительно большие размеры. Половые различия в накоплении радионуклидов проявляются наиболее резко в период размножения, когда у самок значительно изменяются интенсивность и характер обмена веществ во время беременности и лактации. При воздействии ионизирующих излучений от накопленных особями радионуклидов или от внешних источников в популяциях возникают изменения продолжительности жизни, плодовитости и других показателей. Радиоактивные загрязнения территории неблагоприятно действуют на растения, вызывая угнетение роста, быстрое старение, морфологические нарушения, иногда и исчезновение некоторых видов из биоценоза. 150 Радиация является сильным мутагенным фактором. Однако подавляющая часть мутантов, возникших вследствие радиационного поражения среды, нежизнеспособна, а изменчивость организмов, которая служит признаком начала микроэволюционного процесса, в местах с повышенным радиационным фоном не носит направленного характера. Радиоэкология сообществ изучает пути поступления радионуклидов в биогеохимические циклы, их действие на биоценоз и миграцию по пищевым цепям. Подводя итог вышесказанному и обобщая содержание параграфа, можно сделать вывод, что к наиболее важным задачам современной радиоэкологии относятся: ♦ построение моделей биогеохимических циклов радионуклидов с учетом разнообразных экологических факторов; ♦ оценка эффектов воздействия ионизирующих излучений на биогеоценотическом уровне в широком интервале мощностей доз и кумулятивных (суммарных) доз; ♦ изучение экологических эффектов в зонах повышенной динамичности распространения радионуклидов и биогеоценозов с пониженной радиорезистентностью; ♦ оценка синергетических эффектов при действии радиации и других антропогенных факторов на биогеоценозы; ♦ оценка экологической надежности ядерной энергетики на всех этапах ядерного топливного цикла: добыча и переработка уранового сырья, изготовление тепловыводящих элементов (твэлов), работа АЭС, переработка отработанного топлива и захоронение радиоактивных отходов. ^onftocbt и зси/анмл /. Какие проблемы изучает радиоэкология популяций и сообществ? 2. Как ионизирующая радиация влияет на функционирование популяции? 3. Назовите основные задачи, стоящие перед современной радиоэкологией. 151 : § 6. Радиационный фон планеты Человек и все живое на Земле развивалось в условиях постоянно действующего естественного радиационного фона. Ученые считают, что этот природный фон в течение геологической эволюции Земли существенно варьировал, также значительно менялись и условия облучения живых организмов и человека. Сегодня средства массовой информации щироко используют термин «радиофобия», что означает - боязнь радиации. Анализ реакции людей на- предложения о строительстве различных объектов в районах их проживания показывает, что общественное мнение на первое место по степени опасности ставит Природные источники радиации - 2.4 мЗв Космические лучи -15,5% Радон - 55% Калий - 12% Искусственные источники радиации -1,01 мЗв Медицинское использование - 98,96% Другие -17% Производ( энергии - 0,02% Испытание ядерного оружия -1% Радиационный фон планеты ядерную энергетику, а традиционную энергетику - на 18-19-е (из тридцати применяемых технологий и видов деятельности человека). В то же самое время эксперты из числа профессионалов ставят ядерную энергетику на 20-е место, а неядерную электроэнергетику - на 9-е место. На основе данных, полученных американскими учеными, отмечается, что общественное мнение считает ядерную энергетику в тысячу раз опаснее, чем она есть на самом деле. Основную дозу облучения население Земли получает от естественных источников радиации, общий же радиационный фон планеты складывается из естественного и искусственного фона, компоненты которых рассматриваются в следующих параграфах. и задания /. Что означает понятие «радиофобия»? 2. Не зная содержания следующих параграфов, предположите, какие источники радиации составляют естественный и какие - искусственный фон нашей планеты? 153 § 7. Естествеш1ый радиационный фон Естественную радиацию образуют излучение, падающее на Землю из космоса (космическая радиация), и радиоактивные элементы, содержащиеся в земных породах, строительных материалах и пище (земная радиация). Естественные источники радиации могут воздействовать на человека внещним и внутренним путем. Среди внешних источников особого внимания заслуживают космические лучи и естественная радиация в почве и строительных материалах. Среди внутренних - радиоактивные вещества, содержащиеся в воздухе, воде, продуктах питания. Особое место среди них занимают радионуклиды и Космические лучи Стройматериалы 154 ♦ Космическая радиация. Космическая радиация бывает двух видов - галактическая и солнечная. Космические лучи, достигающие Земли, представляют собой поток ядерных частиц со средней энергией порядка 10*^* эв. Это так называемое первичное космическое излучение. Оно включает протоны, а-частицы, ядра других атомов. При взаимодействии космических частиц с атомами атмосферы возникает вторичное космическое излучение, приводящее к образованию радионуклидов. Солнечная радиация - это электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Во время вспышек Солнце испускает огромное количество энергии в виде излучения в области видимого, инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского спектра излучения. Каждая вспышка на Солнце влияет на человека, нервные окончания которого реагируют даже на ничтожные энергии, причем колебания магнитного поля особенно сильно действуют на больных людей. С пятнообразованием и солнечными циклами связаны различные изменения в природной среде. А. Л. Чижевский исследовал влияние Солнца на живые организмы, раскрыл механизмы воздействия и их последствия, установил связи между изменяющейся активностью Солнца и характером реакций земных организмов. Засухи, дождливые годы, увеличение или уменьшение числа грызунов, миграции насекомых, изменение поголовья копытных животных, урожайность сельскохозяйственных культур -буквально все проходит пики минимума и максимума в зависимости от изменения активности Солнца. Облучению космическими лучами подвергаются экипажи и пассажиры реактивных самолетов. Трансатлантический полет из США в Европу сопровождается дополнительным воздействием на организм космического излучения в дозе ~ 0,05 мЗв. ♦ Земная радиация. Земные источники радиации составляют большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они дают более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением. 155 Главным источником поступления естественных радиоактивных веществ в окружающую среду являются горные породы, в состав которых входят радиоактивные элементы, возникщие в период формирования и развития планеты. На процесс накопления радиоактивных веществ растениями влияют многие факторы. Так, на мелкодисперсных почвах усвоение их, как правило, происходит менее интенсивно, чем на крупнодисперсных. При внесении в почву питательных веществ снижается поступление радионуклидов в растение, причем на влажных почвах коэффициент накопления меньще, чем на сухих. Повыщение кислотности (уменьщение pH) сопровождается ростом коэффициента накопления. Вид корневой системы, продуктивность, продолжительность вегетационного периода и другие факторы также влияют на интенсивность накопления радионуклидов. Главное место среди радиоизотопов по величине создаваемой активности занимает изотоп калия - который усваивается вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Радиоактивный калий вносит значительный вклад в облучение человека при поступлении через желудочно-кищечный тракт. Суммарное количество калия в организме взрослого человека _с массой 70 кг составляет 130 г (0,19%). Особенно богаты калием скелетная мускулатура, нервная ткань, сердце, цечень и селезенка. Содержание калия, а следовательно и в организме человека зависит от пола, возраста, массы тела, характера мыщечной деятельности и т. д. У мужчин калия в мыщцах обычно больще, чем у женщин; больщее содержание калия обнаруживается у лиц, выполняющих физическую работу. Радий (^^^Ra) накапливается преимущественно в костной ткани. Основная часть свинца (^'"^РЬ) содержится в скелете. С воздухом в течение суток в легкие человека поступает около 21 о 0,0007 Бк Ро, а человека, выкуривающего одну пачку сигарет в сутки, - до 0,07 Бк ^*^Ро. Материалы, применяемые в строительстве, также могут содержать радиоактивные вещества. Представляют интерес уровни 156 у-фона в жилых зданиях. Наименьший у-фон отмечается в зданиях, построенных из дерева (до 0,5 мГр/г), несколько больший - в зданиях кирпичных (до 1 мГр/г) и железобетонных (до 1,7 мГр/г). Усредненная мощность поглощенной дозы помещений равна 6-10“^ Гр/ч. Учитывая время пребывания человека в помещениях, выражаемое коэффициентом 0,8, можно подсчитать, что годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения внутри помещений составляет 2,9-10^ Зв (29 мбэр), а суммарная (вне и внутри помещений) годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения радионуклидами земного происхождения равна 3,5-10^ Зв (35 мбэр). Значительную дозу облучения человек получает с вьщыхаемым воздухом, находясь длительное время в непроветриваемых помещениях. Наибольший вклад вносит радиоактивный газ - радон. Среди изотопов радона известны: с периодом полураспада 3,8 дня, с периодом полураспада 54,5 с, ^’'’Rn с пе- риодом полураспада 3,9 с. Наиболее опасным из них является а-из- 222x3 лучатель Rn. Жилая комната -0,2к6к/м5 Радон в помещениях Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или высвобождаясь из материалов, использованных при строительстве дома, радон накапливается в закрытых непроветриваемых помещениях (подвалах, ванных комнатах, кухнях). Если полы в домах со щелями, а вентиляция помещения слабая, то в некоторых домах индивидуальные дозы на легкие Moiyr доходить до явно угрожающих уровней (даже до 1000 бэр/год). Не случайно, что во многих странах мира уже около 10 лет (в настоящее время и в нащей стране) ведется кропотливая работа в ранге государственных программ по выявлению и оздоровлению таких домов. Главным источником поступления радона в закрытые помещения яааяется грунт. Концентрация на верхних этажах многоэтажного здания, как правило, ниже, чем на первом и цокольном этажах. Эффективным средством уменьшения концентрации радона, просачивающегося через пол, являются вентиляционные установки в подвалах. Вьщеление радона из стен уменьшается при покрытии их тремя слоями масляной краски или слоем обоев, а также при облицовке их пластиковыми материалами. В кухонные помещения радон попадает вместе с природным газом и водой. Как правило, природными радионуклидами насыщены гранитные породы гор. Радиоактивность известняковых и песчаных 158 пород ниже, чем гранитных пород. Скорость поступления радона в атмосферный воздух зависит от состояния почвы, ее пористости, влажности, температуры, а при наличии снежного покрова она уменьшается. Снежный покров толщиной 50 см, пролежавший до весны, на 80% экранирует земную радиацию, формируемую естественными у-излучателями в летний период. 3onfiocbt и зас^ан.ил /. Из чего складывается естественный радиационный фон? 2. Каким образом связаны явления на Земле (урожайность сельскохозяйственных культур, миграции насекомых и др.) с активностью Солнца? 3. В чем заключается радоновая проблема? Какие мероприятия необходимо проводить с целью уменьшения концентрации радона внутри жилых помещений? § 8. Искусственные источники - радиации в современных условиях на человека воздействуют следующие источники радиации: ядерные испытания, медицинская диагностическая и лечебная аппаратура, радиоактивные отходы и атомные электростанции (АЭС). ♦ Ядерные испытания. Первые в мире ядерные взрывы были проведены в 1945 г. Серии особо мощных испытаний приходятся на 1954-1958 и 1961-1962 гг. 13 февраля 1960 г. был произведен ядерный взрыв в Сахаре. Через четверо суток радиоактивные осадки достигли Крыма. Аналогичный случай произошел пятью годами раньше. 159 7 марта 1955 г., когда после взрыва в Неваде (США) радиоактивные продукты распада были обнаружены в районе Ленинграда. ♦ Медицина. Со времени открытия рентгеновских лучей самым значительным достижением в разработке методов рентгенодиагностики стала компьютерная томография. Этот метод позволяет во много раз уменьшить дозы облучения людей по сравнению с обычными методами. Широкое применение в лечении и установлении диагноза находит радиоизотопная медицина. С помощью радиоактивных изотопов, вводимых в организм человека, определяется место локализации и размеры опухоли или же проверяется функция органа. Методы лучевой терапии используются для лечения злокачественных опухолей. ♦ Атомная энергетика. Ядерный топливный цикл включает несколько стадий: добыча и обогащение урановой руды; производство и транспортировка ядерного топлива; производство энергии; вторичная обработка отработанного топлива с целью извлечения урана и плутония; захоронение радиоактивных отходов. 160 Атомная электростанция в г. Сосновый Бор Каждый этап ядерного топливного цикла таит в себе определенную долю опасности и риска в случае нарушения технологического процесса. ♦ Другие источники облучения; ♦ сжигание угля на тепловых электростанциях; ♦ залежи фосфатов, содержащие относительно высокие концентрации радиоактивных веществ; ♦ потребительские товары (радиолюминесцентные, электронные приборы, цветные телевизоры и др.); ♦ материалы космической техники и др.; ♦ курение. Немного подробнее остановимся на курении, поскольку курит человек или нет, зависит только от него, а по ущербу, наносимому здоровью, курение занимает одно из первых мест среди других радиоактивных воздействий. В процессе курения на конце сигареты в месте обра-. зования белого пепла заметен голубоватый дымок. Это горит радиоактивный цезий. Курение усугубляет действие радиации, что, естественно, отражается на продолжительности жизни курящих. , 11 Заказ 452 161 На рисунке приведены данные смертности от рака органов дыхания для трех групп рабочих урановых рудников: заядлых курильщиков, выкуривающих более 20 сигарет в день (кривая А), «умеренных» курильщиков, выкуривающих менее 20 сигарет в день (кривая Б), и некурящих (кривая В). В настоящее время радионуклиды находят щирокое применение в научных исследованиях, геологии, медицине, дефектоскопии. В геологии, например, процесс радиоактивного распада (скорость которого в условиях Земли не зависит от внещних воздействий) используется в качестве своего рода геологического хронометра. С его помощью определяется абсолютный возраст разнообразных геологических процессов и образований (минералов, пород, руд, метеоритов и пр.). Одной из главнейших задач абсолютной геохронологии следует считать разработку шкалы геологического времени в абсолютном исчислении. Несколько слов о методе меченых атомов. Ученые давно мечтали научиться метить атомы, подобно тому, как метят птиц, чтобы выяснить трассы их перелетов. Кольцо на лапке птицы позволяет точно определить, насколько далеко она улетает на зимовку, как долго там живет и т. д. Не менее интересно установить скорость циркуляции воды в живом организме, пути движения различных элементов, попадающих в организм с пищей, в какие соединения они вступают, в каких органах тела они накапливаются. Соединения, включающие меченые атомы, позволяют изучать превращения, которые претерпевают биогенные элементы (фосфор, кислород, углерод, водород и др.) в растениях. Зоп/госы. и scujOHUA /. Из чего складывается искусственный радиационный фон? 2. Каким образом курение влияет на действие радиации на человека? 3. В чем заключается сущность метода меченых атомов? 162 f § 9. РрЬблёма ргщиа|^они(ой безопасности в настоящее время существуют три точки зрения на биологическую роль малых доз облучения. Согласно первой из них -радиационно-гигиенической, - любой, сколь угодно малой поглощенной дозе соответствует определенный вредный эффект, т. е. биологическое действие излучения может быть представлено линейной зависимостью «доза - эффект». Эта точка зрения наиболее консервативна, оправданность ее признания базируется на гигиенической презумпции - лучше переоценить возможный вредный эффект облучения, чем недооценить. Каких-либо убедительных научных данных, свидетельствующих о справедливости этой концепции (или, наоборот, о ее некорректности) для области малых доз, нет. Все современные расчеты риска облучения человека основываются на этой концепции. Вторая точка зрения противоположна первой: считается, что естественный радиационный фон обязателен для нормального развития всего живого. Дискутируется вопрос о радиационном гормезисе (т. е. таком состоянии, когда для нормального развития живого организма необходимо облучение в небольщой дозе). Сторонники этой точки зрения видят подтверждение ее справедливости в наличии стимуляционных эффектов при облучении разных видов живых организмов (микроорганизмов, растений, животных и даже человека) малыми дозами. Имеются результаты опытов, в которых снижение дозы облучения естественного фона ведет к ослаблению роста и торможению роста живых организмов. Наконец, в соответствии с третьей точкой зрения, имеется порог в действии ионизирующего излучения на живые организмы (и человека), ниже которого облучение вредного воздействия не оказывает. Ежегодно при производстве ядерной энергии образуется около 200 000 м ’ отходов с низкой и средней активностью и 10 000 м ’ вы- 11* 163 Завод по захоронению радиоактивных отходов «Радон» сокоактивных отходов и отработанного ядерного топлива. Поскольку радиоактивные материалы используются также в медицине, исследовательских учреждениях и промышленности, к этим цифрам следует прибавить еще несколько десятков кубических метров отходов в год. В «Повестке дня на XXI век», документе Международной конференции в Рио-де-Жанейро, проходившей в 1992 г., подчеркивается, что всем странам следует сотрудничать с международными экологическими организациями. Это необходимо для того, чтобы своевременно: ♦ оказывать содействие мерам, направленным на сокращение и ограничение объемов образующихся отходов; ♦ обеспечивать безопасное хранение, переработку, транспортировку и удаление отходов; ♦ предоставлять развивающимся странам помощь в решении вопросов, связанных с образованием и удалением радиоактивных отходов; ♦ принимать участие в разработке безопасных и экологически обоснованных методов удаления радиоактивных отходов; ♦ активизировать усилия по соблюдению Кодекса в области трансграничного перемещения радиоактивных отходов. Sonfiocbt и заманил /. Какие существуют точки зрения ученых по вопросу влияния облученияща биологические объекты? 164 2. Какие основные направления международного сотрудничества в области радиоактивных отходов были приняты на конференции в Рио-де-Жанейро? Суммарное воздействие различных источников радиации приводит иногда к повышенному облучению человека, превосходящему как фоновое облучение (естественный фон), так и предельно допустимую дозу. Предельно допустимая доза облучения для людей в населенных пунктах составляет 5 мЗв/год (или 0,5 бэр/год). Для тех, чья работа непосредственно связана с источниками излучения, эти дозы на порядок выше, т. е. 50 мЗв/год (5 бэр/год). Для уменьшения поступления радионуклидов с пищей нужно соблюдать следующие гигиенические правила: тщательно мыть овощи и фрукты; снимать кожуру; овощи предварительно замачивать в воде несколько часов; вымачивать мясо в течение 2—4 часов в 10-процентном растворе поваренной соли; удалять внутренности, сухожилия, головы рыбы и птицы; исключить из меню мясо-костные бульоны (особенно кислые, т. к. стронций переходит в бульон преимущественно в кислой среде). Для того, чтобы усилить выведение радиоактивных веществ из организма, рекомендуется; ♦ принимать настои трав и плодов, обладающих легким мочегонным действием (ромашка, зверобой, бессмертник, тысячелистник, мята, шиповник, укроп,-тмин, зеленый чай); ♦ регулярно опорожнять кишечник, для чего следует есть продукты, содержащие клетчатку (хлеб грубого помола, пшено, гречневую, перловую и овсяную каши, капусту, свеклу, морковь, чернослив), пить отвары льна, крапивы, ревеня; ♦ связывать радионуклиды пектинами, т. е. пить соки с мякотью, морсы, компоты, есть яблоки, персики, крыжовник, клюк- 165 450 бэр Тяжелая степень лучевой болезни (погибает 50% облученных) 100 бэр Нижний уровень развития легкой степени лучевой болезни 75 бэр Кратковременные незначительные изменения состава крови 30 бэр Облучение при рентгеноскопии Ж желудка (местное) 25 бэр Допустимое аварийное облучение персонала (разовое) лЙ 10 бэр Допустимое аварийное облучение населения (разовое) 5 бэр Допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год 3 бэр Облучение при рентгенографии зубов 500 Допустимое облучение населения мбэр в нормальных условиях за год 100 Фоновое облучение за год мбэр 1 Просмотр 1 хоккейного матча мкбэр по телевидению Соотношение фонового облучения с допустимыми и опасными уровнями облучения человека 166 ву, абрикосы, сливы, черную смородину, клубнику, вишню, черешню, дыни, цитрусовые, зефир, джемы, мармелад. Радиопротекторными (от лат. protector - прикрываюший, зашищаюший) свойствами, т. е. повышаюшими устойчивость организма к действию ионизируюших излучений, обладают: продукты, содержашие белки; растительные масла; рыба; орехи (особенно грецкие); семена тыквы, подсолнуха. Витамины обладают антимутагенными свойствами. В случае опасности выброса йода ( I) в атмосферу при атомных взрывах и авариях для нейтрализации вредного воздействия изотопа среди населения проводится йодная профилактика с помощью таблеток йодида калия (взрослым - 130 мг на один прием, детям - 65 мг). Sonfiocbt и saqantdSL /. Чему равна предельно допустимая доза облучения для людей в населенном пункте? 2. Какими гигиеническими правилами необходимо руководствоваться для уменьшения поступления радионуклидов с продуктами питания? 3. Что называется радиопротектором? Приведите примеры радиопротекторов. У, В чем заключается йодная профилактика среди населения? §1,11, ]РадиацИрН в пределах России размещено 10 атомных электростанций, которые дают примерно 12"% электрической энергии. Всего на территории России действует 31 энергетический реактор, и 6 реакторов продолжают строиться. Несколько сотен энергетических реакторов установлено на атомных подводных лодках, снабжен- 167 ных, как правило, ракетами с ядерными боеголовками. В России имеется четыре базы таких подводных лодок - две в Северном Ледовитом океане на Кольском полуострове и две в Тихом океане - в Приморье и на Камчатке. Кроме ядерного подводного флота, существует надводный флот с энергетическими реакторами, представленный в основном ледоколами, базирующимися в Мурманске. Промыщленное производство плутония и других расщепляющих материалов на территории России ведется с 1949 г. В настоящее время действует не менее четырех предприятий по производству ядерного топлива, которые сосредоточены в Европейской части, Сибири и на Урале. Предприятие «Маяк» в районе Кыштыма на Урале, известное как «Челябинск-40», работает уже почти полвека. На территории России имеется 15 полигонов для захоронения радиоактивных отходов, которые тоже являются источниками возможной радиационной опасности. Радионуклиды находят широкое применение в научных исследованиях и в производстве. На территории России примерно 17 тысяч учреждений используют радиоактивные вещества. Описывая радиационную обстановку в стране, невозможно не вспомнить о Чернобыльской аварии, которая произошла 26 апреля 1986 года. Причиной аварии, как сегодня считают, явились конструктивные дефекты реактора. В результате последовало два взрыва подряд. Интенсивный выброс радионуклидов из горяшего реактора продолжался до 6 мая. В атмосферу поступило 50 млн. Ки различных радионуклидов и 50 млн. Ки химически инертных радиоактивных газов. Радиоактивному заражению в результате Чернобыльской аварии в той или иной степени подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватываюшая более 20 государств. В день аварии погиб 31 человек, а сотни и тысячи получили дозы радиации, приведшие к развитию лучевой болезни. «Непосредственно после аварии бьшо эвакуировано 116, 5 тысячи человек (91,6 тыс. - на Украине, 24,7 - в Белоруссии и 1 тысяча в России). Это были люди из так называемой зоны отчуждения - 168 то есть оттуда, где в течение многих десятилетий нельзя будет жить, растить детей и хлеб. Но это было только начало многолетней беды. К 1991 году в трех республиках - Белоруссии, Украине, России - были составлены перечни сотен населенных пунктов, подвергшихся воздействию чернобыльской радиации. Они включали в себя (в зависимости от степени заражения): 1) зону отчуждения; 2) зону обязательного отселения; 3) зону проживания с правом на отселение;' 4) так называемую зону с льготным экономическим статусом. В сумме эти зоны охватывают все 6 областей Белоруссии, 15 областей России, 10 областей Украины. Реакторов чернобыльского типа - РБМК (уран-графитовый кипящий реактор большой мощности канального типа) на территории России 11 - по 4 на Ленинградской и Курской АЭС и 3 -на Смоленской АЭС, что составляет половину энергетических реакторов на Европейской части России. Это означает, что около 1 млн. км^ территории и до четверти населения Европейской части России остаются потенциальными заложниками некомпетентного руководства ядерной энергетикой. В Санкт-Петербурге и области насчитывается порядка 20 объектов - источников радиационного риска, находящихся в поле зрения специалистов по радиационной безопасности и различных слоев общественности. В числе этих объектов атомные энергетические установки на ЛАЭС и на стенде НИТИ в г. Сосновый Бор, исследовательские атомные реакторы в ПИЯФ им. Б. П. Константинова РАН, на стенде ЦНИИ им. Крылова, транспортные АЭУ на Балтийском заводе, радиохимические лаборатории для работ с радиоактивными веществами. За последние 30 лет на объектах ядерной энергетики произошло 8 серьезных аварий, связанных со взрывами в реакторе, расплавлением активной зоны, повреждением защитной оболочки и выбросами радиоактивных веществ: Санта-Сюзанна, США -1959 г.; Айдахо-Фоле, США - 1961 г.; Джин, США - 1962 г.; Детройт, США - 1966 г.; Сен-Лоран, Франция - 1969 г.; Вюргас-сен, ФРГ - 1974 г.; Браун-Ферри, США - 1975 г.; Ойстер-Крик, 169 США - 1979 г., а также 3 крупные ядерные катастрофы: в 1957 г. в Виндскейле (Великобритания), в 1979 г. в Три-Майл-Айленде (США) и в 1986 г. в Чернобыле (СССР), сопровождавшиеся выбросом большого количества радиоактивных веществ. Однако, несмотря на это, ядерная энергетика по-прежнему, по мнению большинства ученых, считается наиболее безопасным, экономически оправданным путем получения энергии и обеспечения высокого качества жизни людей. В экономике многих стран она занимает столь значительное место, что отказ от нее просто невозможен. Так, например, во Франции доля АЭС в выработке электроэнергии составляет 74,6%, в Бельгии - 60,8%, в Финляндии - 35,4% и т. д. Наряду с проблемой степени риска АЭС существует и другая, не менее важная - проблема радиоактивных отходов. Она включает два аспекта; ♦ кратковременное изолирование (на несколько лет) короткоживущих изотопов, после чего они становятся значительно менее опасными; ♦ окончательная долговременная изоляция (десятки тысяч лет), обеспечивающая защиту от долгоживущих изотопов. Сегодня используются разнообразные методы утилизации радиоактивных отходов, например, битумирование, цементирование, остеклование и др., с последующим захоронением в подземных горизонтах или глубоко под водой, на дне океана. Однако на Земле повсеместно заметны, следы вулкщзической деятельности, землетрясений или просачивания грунтовых вод, а значит, велика вероятность попадания долгоживущих радионуклидов в воду, воздух или почву с соответствующими последствиями для человека и природы. Не рещают проблему радиоактивных отходов и появляющиеся в последние годы проекты их заброски в космос. В свое время А. Эйнштейн, показывая необходимость серьезного осмысления человечеством своего места и роли на планете и во Вселенной, писал: «...Чего не хватает человечеству, так это скамеечки - сесть и подумать». Мысль А. Эйнштейна перекликается с известным высказыванием Ф. Жолио-Кюри: «Нельзя допустить, чтобы люди направля- 170 ли на свое собственное уничтожение те силы природы, которые они сумели открыть и покорить». Зои^осы и заманил /. Охарактеризуйте современную радиационную обстановку в России. 2. В чем заключается проблема радиоактивных отходов? 3. Какие методы утилизации радиоактивных отходов используются сегодня? ^Зжровт сет Дайте определения или характеристику основным понятиям и терминам главы «Радиоэкология»: радиоэкология; радиофобия; коэффициент концентрирования радионуклидов; скорость выведения радионуклидов; период биологического полувыведения радионуклидов; радиочувствительность; радиорезистентность; полулегальная доза облучения; радиационный фон Земли (естественный и искусственный); радоновая проблема; уровень радиационной опасности; радиопротектор; радиоактивные отходы. вОЖРОСЫ и qjiSL noetKOfieflUA, о^о^ш^нмл и сисй1ем.ай1изаи,ии знаний /. Что изучает радиоэкология? 2. Основные объекты изучения радиоэкологии особей, популяций, сообществ. 3. Основные естественные источники радиационного фона. 4. Основные искусственные источники радиационного фона. 5. Каким образом происходит миграция радионуклидов в окружающей среде? Для объяснения используйте рисунок. 171 Пути попадания радионуклидов в органы человека 6. Определите активность (Бк) 1 г радионуклида ^^^Ra, если известно, что Ti/2 (^^^Ra) = 1,6-10^ лет. 7. Чему равна предельно допустимая доза облучения населения в нормальных условиях в год (ыЗв)? S. Приведите примеры использования радиоактивных изотопов в науке и народном хозяйстве (медицина, геология, палеоэкология и др.). 9. Объясните причины, последствия и возможные пути решения «радоновой проблемы». fO. Сравните отношение общества к ядерной энергетике в 1960-е годы и сегодня. //. Определите содержание понятий «радиочувствительность», «радиорезистентность», «полулетальная доза облучения», «период биологического полувыведения», «коэффициент концентрирования», «радиопротектор». /-?. По результатам анализа данных таблицы №9, дайте экологическую и экономическую оценку использования ТЭЦ (на угле) и АЭС. 172 Таблица №9. Сравнительные характеристики воздействия на экосистемы электростанций, работающих на угле и ядерном топливе Параметры Угольная ТЭЦ АЭС Мощность 2650 МВт 1300 МВт Топливо Каменный Обогащенный уголь уран Ежегодные потребности в топливе 2,8x10^ т 32 т Площади, отчуждаемые под добычу топлива и складирование отходов.. 415 га 5 га Площади, отчуждаемые под хранение топлива... 25 га Несколько м^ Транспортные потребности для доставки то- 33 000 ж/д ва- плива гонов в год 1 вагон в год Атмосферные выбросы (в год): СО2 8 500 000 т 0 SO2 (с очисткой) 12 000 т 0 NO2 (с очисткой) 6000 т 0 Зола (с очисткой) 2000 т 0 Твердые отходы (в год): Объем высо- Зола 220 000 т коактивных от- Летучая зола 120 000 т ходов пред- Сера 70 000 т ставляет собой Гипс 130 000 т куб со сторо- ной 1,5 м /У. С помощью индивидуального дозиметра измерьте уровень радиационного фона (мощность дозы) в классном помещении и на территории пришкольного участка. Сравните полученные данные с предельно допустимой нормой. 173 /5. Опишите основные особенности радиационной обстановки в России. /6. Попробуйте придумать свой (пусть даже самый фантастический) способ утилизации радиоактивных отходов АЭС, радиохимических заводов и др. ' жесжовый /. Что является в настоящее время единицей измерения активности радионуклида? 1. рад 2. Беккерель 3. Зиверт 4. бэр 5. Рентген 2. Что является в настоящее время единицей измерения поглощенной дозы облучения? 1. Рентген 2. рад 3. Грей 4. Кюри 5. бэр 3. Что является в настоящее время единицей измерения эквивалентной дозы облучения? 1. рад 2. Грей 3. Кюри 4. Зиверт 5. бэр 4. Какие биологические виды обладают наименьшей радиочувствительностью? Г растения 2. насекомые 3. рыбы 4. птицы 5. млекопитающие 5. Какие биологические виды обладают наибольшей радиорезистентностью? 1. растения 2. насекомые 3. рыбы 4. птицы 5. млекопитающие 6. Где накапливается поступивший в организм радиоактивный йод? 1. в печени 2. в мышцах 3, в щитовидной железе 4. в скелете 5. во всех органах и тканях 7. Где накапливается радиоактивный цезий в организме человека? 1. в эритроцитах 2. в мышцах 174 стронции в организме 3. в селезенке 4. в почках 5. в нервных клетках 8. Где откладывается радиоактивный человека? 1. в мышцах 2. в скелете 3. в эпифизах, и метафизах костей 4. в печени 5. в селезенке 9. Зачем и в каких дозах осуществляется йодная профилактика для детей? 1. 65 мг на один прием' 2. 130 мг на один прием 3. 260 мг на один прием 4. 32,5 мг на один прием 5. нет правильного ответа to. Назовите источник радиации, вклад в естественный фон Земли: 1. солнечная радиация 2. радон 3. внутреннее облучение 4. другие источники (залежи жащие радионуклиды) 5. нет правильного ответа //. Назовите источник радиации, вклад в искусственный фон Земли: 1. медицина 2. ядерная энергетика 3. испытания ядерного оружия 4. бытовые приборы 5. нет правильного ответа f2. Назовите ГЩЦ (предельно допустимую дозу) облучения человека в населенном пункте: 1. 50 мЗв/год 2. 5 мЗв/год 175 3. 5 Зв/год 4. 0,5 Зв/год 5. 500 мЗв/год ' /3. Назовите один из осколочных продуктов ядерного распада, представляющий наибольшую опасность внутреннего облучения: l.^'^Na 2. '‘^Са з/”к 4. ^«Sr 5. /У. Назовите прибор, измеряющий мощность дозы облучения: 1. масс-спектрометр ' 2. дозиметр 3. потенциометр 4. иономер 5. электролизер f5. Назовите НДЦ для профессиональных работников, имеющих дело с радиоактивными веществами: 1. 0,5 мЗв/год 2. 5 мЗв/год 3. 50 мЗв/год 4. 100 мЗв/год 5. 200 мЗв/год t6. Время, в течение которого выводится половина вещества, попавшего в организм, называется: 1. период полувыведения 2. период полураспада 3. время облучения 4. время релаксации 5. постоянная распада ■I /7. Какую долю занимают атомные электростанции России в ее общем энергетическом балансе? 1. 2% 2. 12% 3. 50% 4. 70% '5. 80% /го. Из Всемирной стратегии охраны природы Взаимоотношения Человека и Природы носят сложный характер и нуждаются в тщательном и системном изучении. Успехи человечества в потреблении природных ресурсов зависят от познания законов природы и умелого их использования. Человечество как часть природы может существовать только в постоянном взаимодействии с ней, получая все необходимое для жизни. Но современные масштабы и способы использования ресурсов биосферы таковы, что начинает нарушаться естественное равновесие и биосфере грозит потеря своего основного свойства самовозобновления. Человечеству для своего дальнейшего существования необходимо заботиться о сохранении окружающей среды. Человек вышел из Природы, ею рожден и с ней связан: не будет Природы - не будет и человека. Впредь человечество не может развиваться бездумно. Эпоха стихийного развития заканчивается, начинается новая эпоха развития, управляемого разумом человека. В настоящее время ООН провозгласила целью мирового сообщества устойчивое развитие, при котором удовлетворение основных жизненных потребностей нынешнего поколения не лишало бы такой возможности последующие поколения. Если цель Природы - вьщвинуть Человека для сохранения биосферы - не будет реализована, то Природа «отвергнет» Человека и его цивилизацию как тупиковую ветвь эволюции. Изме- Фотография взята из журнала «WWF Baltic Dulletin № 1, 1995 г. 1 3 Заказ 452 ^ нить траекторию развития сможет новое поколение людей с высоким уровнем экологаческой культуры, познавших объективные законы развития, убежденных в возможности реализации эволюционным путем социального прогресса, совместимого с биосферой. При этом мы должны помнить слова нашего великого композитора П. И. Чайковского, который писал: «Могущество страны не только в одном материальном богатстве, но и в духе народа. Чем шире, свободнее эта душа, тем большего величия и силы достигает государство. А что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа. Ее надо беречь, как мы бережем самую жизнь человека. Потомки никогда не простят нам опустошения Земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им». 194 Приложение №1 Н. Ф. Реймерс ЭКОЛОГИЧЕСКИМ МАНИФЕСТ Часть 1 Природа! Тысячелетиями мы боролись с нею, покоряли ее, преобразовывали, нещадно уничтожали. Мы пели гимны тем, кто лишал нас естества Матери-Натуры, родившей человечество, той матери, что до сих пор терпеливо кормит неразумного сына, дает жизнь новым поколениям людей. Тысячелетиями мы лицемерно взывали: «Люби ближнего!», демагогически рассуждали о благе для всех. И столько же лет уничтожали себе подобных,’среду жизни человечества - саму основу его существования. Мы создавали себе богов и идолов, уходили от языческого почитания сил Земли. В конце этого пути мы преклонили колена перед истуканом техники, не заметив, что уже не прежняя, а измененная нами природа довлеет над нами. Брошенный нами бумеранг возвращается. Мы сами занесли меч над собственной головой. Миллион транзисторов не заменит куска хлеба голодному, миллиард телевизоров не спасет от жажды, триллион автомашин не даст глотка воздуха задыхающемуся. Умереть под горой технических побрякушек - удел лишь жадных глупцов. Выбрасывать 98% используемого природного вещества и потреблять из него не более 2% не лучшая стратегия развития. * * * Если химия умеет все, то прежде всего убивать. Пестициды уничтожают не только «вредителей». Они угрожают всему живому на Земле и прежде всего человеку. Химизация сельского хозяйства ведет в тупик безысходности. Тут война с природой проиграна. Нужны новые пути к изобилию. * * Физика Земли должна быть неизменной. 13* 195 Атом войны - это вечная зима смерти, испепеляющий планету ураган. Мирный атом ни к чему каждому дому. Пусть он остается в стенах ядерных реакторов. ' * * * Шум - враг номер один. Он физический наркотик, калечит тело и душу. Тишина нужна миру. * * * Радиоволны несут одну информацию и разрушают другую -генетическую. Они способны уничтожить банк данных жизни. Им место лишь в закрытых каналах связи. * * * Мировая свалка и сточная яма - Океан - уже задыхается от грязи, теряет способность к самоочищению. В наших интересах сохранить его чистоту. * * * Артерии планеты - реки - не должны вспухать склеротическими тромбами. ' Вода - кровь Земли - должна течь в них хрустальными струями, а не гнить в грязных клоаках. Венозная кровь бежит к сердцу, артериальная от него. Желающий обращать потоки вспять, попробуй это сначала на себе! Почва - кожа Земли. Эрозия ее разрушает, химия травит, свалки душат, без почвы нет и не будет процветания. * . * * Без «братьев наших меньших» мы не сможем существовать. В унылом мире одних клопов и тараканов человек обречен на гибель. Сеть жизни едина, и он ее звено. * * * Биотехнология - великое достижение. Но и она несет с собой массу угроз. Закон экологии гласит: уничтожая вредоносное, порождая новое, мы вытесняем старое, возможно, более нужное 196 всем нам. Это старое может быть и генетическим наследием предков, т. е. тем, что только и дает нам способность жить. * 4! Лишь естественная, чистая пища - залог крепкого здоровья. * * * Безмерные возможности планеты - неуемный и вредный миф. Мы живем на малом космическом теле, любая часть которого не может быть бесконечной. Но природе нужна наша защита. Это нам необходимо ее покровительство: чистый воздух, чтобы дышать, кристальная вода, чтобы пить, вся Природа, чтобы жить. Она - Природа - была и всегда будет сильнее человека, ибо она его породила. Он лишь миг в ее жизни. Она же вечна и бесконечна. Человек для нее деталь. Она для него - все. А ПОТОМУ - НЕ ВРЕДИ! Часть 2 Люди, прозрейте! Труд вас сделал разумными. Земля дала пищу и кров. ■ Капитал обогатил. Наука повела в будущее. * * * Но вы обманываете себя. Вы идете в грядущее через минное поле опасных изобретений. Вы заморочили себе голову псевдопрогрессом, в котором не осталось ни грамма гуманизма. Вам подсовывают безумную технизацию под видом научно- 197 технической револю^дии. Вам объявляют об излишке знания, когда никто не ведает, что будет с планетой завтра, через час, через минуту... Грядет новая эпоха. На пороге - глобальная революция, мирная революция экологии. Её цели - выживание и благополучие человека. Это революция гуманизма, путь любви и счастья, здоровья, мира и радостей для всей планеты. Человеку - человечье, природе - природово. И все - для блага людей. * * * Протрите глаза! И вы увидите очи любимых, милые личики детей, мозоли отцов, светлые озера, ленты рек, ширину полей и дали водных просторов. * Прислушайтесь! И сквозь рев моторов и транзисторов вы услышите журчание ручьев, шелест травы, неповторимую звенящую тишину природы. * * * Это не «эмоции». Это --ресурсы, условия жизни и работы. В конечном счете это фундамент экономического процветания и социального благополучия. * * * Угроза нависла над всем этим. Призрак экологического кризиса стал грозной явью. Его тяжелая поступь слышна в аномалиях климата, опустынивании планеты, кислотных осадках. Н< ||< 1|1 Биосфера серьезно больна. Ее поразило вмешательство человека в ее жизнь. Помимо острых, всем очевидных невзгод подкрадывается хроническая болезнь нарушения экологического равновесия, искажения биогеохимических циклов. * * * Безумная техника сминает природу, кромсает биосферу, давит человечество, травит Землю. Ht !|i !|i 198 Этот путь окончен. Смог, удушающий людей, озоновые дыры над полюсами и чума XX века - ВИЧ (СПИД) достаточное тому доказательство. В обращении с планетой, q самим человеком, нужны глубокие знания и мудрая осторожность. Они - символ экологии. Век безоглядной эксплуатации позади: и человека человеком, и природы человеком. Природа требует воспроизводства. В особой заботе нуждается человек. Экономика перестала быть единственной общественной целью. Не безвременно скончаться богатыми, а жить, пользуясь благами природы и цивилизации, - задача людей. * * * * Мы не технофобы. Нелепо призывать к отказу от успехов физики и химии, любых других наук. Нам по пути с техническими новшествами. Но только с теми, что возникают не за счет горя людей и беспросветности будущего человечества. * * * Мы - за науку и технику здоровья и жизни. Мы - против техники и науки разрушения. МЫ ЗАЯВЛЯЕМ: - люди обязаны знать правду о состоянии своего вечного дома. Его сохранение - в их интересах. * * В области экологии: - самое малое отклонение должно быть известно всем, - опасное немногим требует пристального внимания, - несущее вред сотням достойно осуждения, - угрожающее тысячам требует пресечения, - тревожащее миллионы должно быть уничтожено, - грозящее миру и планете - вне закона, - вредное одному виду живого не может быть безразличным для других и прежде всего для человека, 199 - благо для одних не должно оборачиваться горем для остальных, - любой терроризм бессмысленен: с его помощью не решить никаких проблем, - не «падающего» толкни, а не дай упасть никому. Часть Ъ Мы «улучшаем» природу, забыв, что сами нуждаемся в улучшении. Мы тратим миллиарды, возводя плотины на реках. Куда больше средств и сил мы положили на создание барьеров между людьми. * * * Плотины на реках лишают нас рыбы, но дают хотя бы .электричество и воду для полива. Барьеры между людьми не дают ничего, кроме людского горя. * * * Не природа требует дальнейшего преобразования — человечество нуждается в новых устоях жизни. Всегда что-то происходит за счет чего-то. И нужно думать и считать, что получаем и что теряем. Считать и снова думать. Иначе нить Ариадны оборвется и не приведет к благополучию. Созидай! Но созидай осторожно и разумно, с оглядкой на человека, на мир людей и природы. О разрушении и так позаботится время... Впереди огни благополучия. Они вечны. Путь к ним нелегок, борьба тяжела. Светлая цель оправдывает любые усилия. Объединимся же под знаком мудрости эколог^^ческого гуманизма! Наше НЕТ: - любым войнам, 200 - любым битвам с Природой, под какими личинами благого преобразовательства они бы ни скрывались, - безграмотному технократизму в природопользовании, - всему, что грозит биосфере Земли, угрожает людям, каждому человеку. Наше ДА: - миру и СПОКОЙСТВИЮ,' - любви и уважению к Природе, - фундаменту и условию человеческой жизни, - сохранению биосферы того типа, в которой возник и развивался Человек разумный, - максимальному сбережению видов живого, мест их обитания, всей природоохранной политике, - вниманию к человеку, ко мне и тебе, к нему и каждому, - ресурсосберегающим, экономным и малоотходным технологиям, - «замкнутым» циклам производства, - новым биологизированным путям развития сельского хозяйства, - заводам без дыма, фабрикам без ядовитых стоков, автомашинам без удушливого выхлопа, - тишине, - разуму и науке, осторожности и мудрости, - экологической культуре. Гений человечества должен служить только людям, их процветанию. Зеленый свет - всему, что сберегает ресурсы жизни. Стоп - любому, кто транжирит их. ЛИШЬ тот НЕ ПРОТИВ НАС. КТО С НАМИ! 201 ' Приложение №2 А. Печчеи ЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА (фрагменты из книги, 1977 г.) А. Печчеи в свое время сказал: «Мир - главный член того,уравнения, в котором решаются вопросы развития, качества жизни и самореализации человека. Проблема мира должна быть понята во всей своей всеобъемлющей глубине - ведь мирное сосуществование насущно необходимо не только на всех уровнях, во всех областях деятельности человеческого сообщества, но и в отношениях Человека и Природы...» ♦ ♦ ♦ ...Уникальность человека как вида по сравнению со всеми другими живыми существами в том, что он приспосабливается к изменяющейся среде обитания и внещним условиям скорее за счет культурных, чем генетических механизмов. Более того, это единственный вид живых существ, способный справиться с такого рода мутациями, ибо именно он является сейчас главным фактором всех изменений на Земле. * * ...При всей той важной роли, какую играют в жизни современного общества вопросы его социальной организации, его институты, законодательства и договоры, при всей мощи созданной человеком техники не они в конечном счете определяют судьбу человечества. И нет, и не будет ему спасения, пока оно само не изменит своих привычек, нравов и поведения. Истинная проблема человеческого вида на данной стадии его эволюции состоит в том, что он оказался неспособным в культурном отнощении идти в ногу и полностью приспособиться к тем изменениям, которые он сам внес в этот мир. Поскольку проблема, возникщая на этой критической стадии его развития, находится внутри, а не вне человеческого существа, взятого как на индивидуальном, так и на коллективном уровне, то и ее рещение должно исходить прежде всего и главным образом изнутри его самого. 202 ...Проблема в итоге сводится к человеческим качествам и путям их усовершенствования. Ибо лишь через развитие человеческих качеств и человеческих способностей можно добиться изменения всей ориентации на материальные ценности цивилизации и использовать ее огромный потенциал для благих целей. И если мы хотим сейчас обуздать техническую революцию и направить человечество к достойному его будущему, то нам необходимо прежде всего подумать об изменении самого человека, о революции в самом человеке. ...С тех пор как существует человечество, люди всегда бились над вопросом, что значит быть человеком и в чем состоит его земное предназначение. Поиски ответов на этот вопрос служили вечной темой философских и религиозных размышлений. Теперь, впервые в истории, появился новый мощный фактор, который необходимо принимать во внимание, размышляя о судьбах человечества. Этот фактор - огромное и все возрастающее материальное могущество самого человека. Это могущество возрастает по экспоненте, год за годом аккумулируя силы для дальнейшего роста. Однако развитие это в высшей степени сомнительно и неоднозначно, ибо оно может послужить на благо человеку только при разумном и сдержанном к нему отношении, при безрассудном же его использовании человеку грозит непоправимая катастрофа. ...На радость нам или на горе - техника, созданная человеком, стала главным фактором изменений на Земле. * * * ...Точные науки и основанная на них техника достигли поистине гигантских успехов, однако науки о человеке, морали и об-шестве плетутся где-то далеко позади. И стала ли человеческая мудрость хоть в чем-то лучше, чем во времена Сократа? 9(1 ...Разгадав множество тайн и научившись подчинять себе ход событий, он (человек) оказался теперь наделенным невиданной. Здесь и далее курсив А. П. 203 огромной ответственностью и обречен на то, чтобы играть совершенно новую роль арбитра, регулирующего жизнь на планете, включая и свою собственную жизнь. Эта новая роль человека возвышенна и благородна, ибо ему предстоит выполнять те функции и принимать те решения, которые он ранее относил исключительно на счет мудрости Природы или считал прерогативой Провидения. Говоря словами Джулиана Хаксли, «его роль, хочет он того или нет, в том, чтобы быть лидером эволюционного процесса на Земле, и человеку придется взять на себя руководство этим процессом, с тем чтобы ориентировать его в благоприятном для всех направлении». Нс })( >fc ...Проблема в самом человеке, а не вне его, поэтому и возможное решение ее связано с ним; и отныне квинтэссенцией всего, что имеет значение для самого человека, являются именно качества и способности всех людей. Этот вывод, который не раз подтверждался в моей практике, оказывается справедливым и в гораздо более широком контексте. Его можно выразить следующей аксиомой; наиболее важным, от чего зависит судьба человечества, являются человеческие качества - и не только отдельных элитарных групп, а именно «средние» качества миллиардов жителей планеты. Нс Н( Н: ...Истинные пределы человеческого роста определяются причинами не столько физического, сколько экологического, биологического и даже культурного характера. К сожалению, до сих пор еще не существует не только всесторонних научных исследований, но даже и приблизительных оценок, которые могли бы дать нам представление об этих пределах. Нс ♦ ♦ ...Особые пределы материального роста человеческой системы проистекают из врожденно присущих человеческому существу внутренних пределов. Даже предмет особой его гордости - сфера интеллекта, где сходятся все высщие достоинства и добродетели, делающие человека ( как мы, во всяком случае, со свойственным 204 нам всем антропоцентризмом склонны полагать) уникальным относительно других живых существ,- даже эти его способности имеют свои границы. Хотя мы, в сущности, никогда прямо не задавались этим вопросом, все же вряд ли можно сомневаться, что и психическим, и умственным способностям человека тоже свойственны различного рода ограничения. Возможно, нащ мозг представляет самое ценное достояние жизни на Земле. Но как же преступно мы с ним обращаемся и во что рискуем превратить этот природный дар! Мы не соблюдаем никаких правил умственной гигиены; все больще и больще подвергаем себя воздействию стрессов, напряжений, акселерации и щоковых потрясений, к которым приводит масса факторов, в том числе перенаселенность и обезличенность городской жизни. Мы ведь даже не спросили себя, в состоянии ли нащ рассудок выдерживать все эти травмы и готов ли он к тем интеллектуальным нагрузкам, которые еще ждут его впереди, если, конечно, всем нам суждено выжить и нас не затопит волна современной проблематики. Нс * 9|( ...Проблема пределов человеческого роста и человеческого развития является по сути своей проблемой главным образом культурной. Нс * * ...И только Новый Гуманизм способен обеспечить трансформацию человека, поднять его качества и возможности до уровня, соответствующего новой возросщей ответственности человека в этом мире. Нс Нс Нс ...Для меня наибольщий интерес представляют три аспекта, которые, на мой взгляд, должны характеризовать Новый Гуманизм: чувство глобальности, любовь к справедливости и нетерпимость к насилию. Нс Нс Нс ...Обеспечение общего образования и полезной работы для всех без исключения граждан планеты является непременным 205 условием дальнейшего развК/пия человечества и всех связанных с этим процессов. * * * ...Истинная причина, по которой переживаемые человечеством затруднения приобрели сейчас такие огромные, поистине устрашающие масштабы, как раз в том и заключается, что никто из нас еще до конца не приспособился ни психологически, ни функционально к изменившемуся миру и новому положению в нем человека. ...Культурная эволюция является важнейшей целью и основой человеческого развития. ♦ * * ...Представленные здесь шесть целей связаны с «.внешними пределами» планеты, «внутренними пределами» самого человека, -полученным им культурным наследием, которое он обязан передать тем, кто придет после него, мировым сообществом, которое он должен построить, экосредой, которую он должен защитить любой ценой, и наконец, сложной и комплексной производственной системой, к реорганизации которой ему пора приступить. Шесть стартовых целей: - «внешние пределы»', - «внутренние пределы»', - культурное наследие', - мировое сообщество', - среда обитания', - производительная система. В заключение А. Печчеи пишет: «Главное - человеческая личность, она важнее любых дел и любых идей, ибо все они без людей ровным счетом ничего не значат. А главное в каждом из нас и в нашей жизни - узы любви. Ведь только благодаря им наша жизнь перестает быть кратким эпизодом и обретает смысл вечности». 206 приложение №3 СЛОВАРЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ АГРОЛАНДШАФТ - ландшафт, большая часть которого занята землями сельскохозяйственного использования (пашней, сенокосами, пастбишами и др.). АГРОБИОГЕОЦЕНОЗ (агроэкосистема) - неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей. АЗОТФИКСАТОРЫ - микроорганизмы (бактерии, синезеленые водоросли, актиномицеты), которые связывают атмосферный азот в соединения, доступные для питания растений. АЛЛЕЛОПАТИЯ - влияние растений друг на друга через посредство химических веществ, вьщеляемых в атмосферу или почву. АЛЬТРУИЗМ - бескорыстная забота о благе других, готовность жертвовать для других своим благополучием и даже жизнью. У животных - генетически обусловленная поведенческая реакция (обычно у взрослых особей), состоящая в своеобразном жертвовании индивидуальным биологическим благополучием, даже жизнью, если вследствие этого молодые сородичи могут увеличить шансы на выживание. АЭРОТЕНК - биологическое очистное сооружение, где в качестве основных организмов, очищающих сточные воды, используются аэробные микроорганизмы. АВТОТРОФЫ - организмы, синтезирующие из неорганических соединений органические вещества с использованием энергии Солнца или энергии, освобождающейся при химических реакциях (хемотрофы). К автотрофам относятся высшие растения (кроме паразитных и сапрофитных), водоросли, некоторые бактерии (пурпурные, железобактерии, серобактерии и др.). В пищевой цепи автотрофы служат продуцентами. АВТОТРОФНОСТЬ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА - теоретически возможное получение человечеством хемосинтетической пищи и энергии непосредственно от Солнца, без использования или даже при отсутствии других организмов. В. И. Вернадский (1937) 207 ‘ предполагал возможность превращения человека из существа социально гетеротрофного в существо социально автотрофное. Полное превращение человека в автотрофное существо противоречит закону необратимости эволюции (Л. Долло). с.» . АККУМУЛЯЦИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕМ ОРГАНИЗМАМИ - накопление в живых организмах химических веществ, загрязняющих среду обитания. Поскольку объем поедаемой пищи за длительное время значительно превыщает массу потребителя, а загрязняющие вещества не во всех случаях полностью выводятся из организма, на каждом следующем этапе экологической пирамиды (трофической цепи) создается многократная более высокая концентрация стойких загрязнителей. АКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНАЯ - совокупность циклических и нециклических физических изменений, происходящих на Солнце. Обусловлена главным образом взаимодействием солнечного магнитного поля и плазмы. В моменты максимумов солнечной активности (вспышек) Солнце выбрасывает огромное количество энергии и заряженных частиц, которые, достигая Земли, вызывают на ней электромагнитные бури, полярные сияния и др. явления. АЛАРМИЗМ ( от англ, alarm - тревога, страх) - течение в западной науке, представители которого акцентируют внимание на катастрофических последствиях воздействия человека на природу, нехватке природных ресурсов для дальнейшего развития человечества. ' АМПЛИТУДА ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ - пределы приспособляемости вида или сообщества к меняющимся условиям среды. АНАБИОЗ - состояние живого организма, при котором резко снижается обмен реществ и отсутствуют видимые проявления жизни. АНАЭРОБЫ - организмы, способные жить при отсутствии свободного кислорода. АНТРОПОГЕН - четвертичный, последний период геологической истории Земли (от возникновения человека до современности) продолжительностью, по разным воззрениям, от 1,8 до 5, 5 млн. лет. 208 АНТРОПОГЕНЕЗ - происхождение человека, становление его как вида в процессе формирования общества - социогенеза. АНТРОПОСФЕРА - земная сфера, где живут и куда временно проникают (с помощью космических аппаратов) люди. АРЕАЛ - область распространения определенного вида или популяции живых организмов. • АУТЭКОЛОГИЯ - экологическая дисциплина, изучающая взаимоотношения организма (особи) с окружающей средой. АЭРАЦИЯ - естественное или искусственное поступление воздуха в какую-нибудь среду (воду, почву). АЭРОБЫ - организмы, способные жить лишь в среде, содержащей кислород. БИОГЕНЕЗ - образование органических соединений живыми организмами; концепция, утверждающая, что все живое происходит только от живого. Противопоставляется взглядам о самозарождении организмов. БЕНТОС - совокупность организмов, обитающих на дне водоемов (например, некоторые водоросли, креветки, устрицы и др.). БИОГЕНЫ - вещества (в том числе химические элементы), необходимые для существования живых организмов, синтезируемые (порождаемые) организмами в ходе жизнедеятельности. БИОГЕОЦЕНОЗ - по первоначальному определению В. Н. Сукачева, - «совокупность однородных природных элементов на определенном участке поверхности Земли». БИОИНДИКАТОР — группа особей одного вида или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в окружающей сред^, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ - результат жизнедеятельности экосистемы, органическое вещество, которое продуцируют входящие в ее состав организмы за единицу времени (сутки, год и т. д.). Различают первичную (растительную) и вторичную (результат деятельности бесхлорофильных организмов) продукцию. 14 Заказ 452 ■ 209 БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ - разнообразие видов в экосистеме, подразделяется на разнообразие растений, животных, микроорганизмов. БИОМАССА - выраженное в единицах массы (веса) или энергии количество органического вещества тех или иных организмов, приходящееся на единицу площади или объема. БИОСФЕРА - нижняя часть атмосферы, вся гидросфера и верхняя часть литосферы Земли, населенные живыми организмами, «область существования живого вещества» (В. И. Вернадский); оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масщтаба. Биосфера - самая крупная (глобальная) экосистема Земли - область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. БИОТА - исторически сложивщийся комплекс живых организмов, обитающих на какой-то крупной территории, изолированной любыми барьерами. БИОТОП - относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом. БИОЦЕНОЗ - сообщество из продуцентов, консументов и редуцентов, входящих в состав одного биогеоценоза и населяющих один биотоп. ВАЛЕНТНОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ - характеристика способности живых организмов существовать в разнообразных условиях среды. ВЕЩЕСТВО АНТРОПОГЕННОЕ - химическое соединение, включенное в земные сферы благодаря деятельности человека. ВЕЩЕСТВО БИОГЕННОЕ - химическое соединение, возник-щее в результате жизнедеятельности организмов, это вещество, создаваемое и перерабатываемое организмами (по В. И. Вернадскому). ВЕЩЕСТВО ЖИВОЕ - совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, вне зависимости от их систематической принадлежности. Общий вес живого вещества оценивается вели-12 чиной 2,4-3,6х 10 т (в сухом весе). 210 ВЕЩЕСТВО КОСНОЕ - «образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует» (по В. И. Вернадскому). ВОДЫ ПРЕСНЫЕ - воды с содержанием растворимых солей до 1 г/л. ВОДЫ СОЛЕНЫЕ - воды слабосоленые - с содержанием растворенных солей от 3 до 10 г/л, соленые и очень соленые - от 10 до 50 г/л, рассольные (рапа) - более 50 г/л. ВОЗДЕЙСТВИЕ АНТРОПОГЕННОЕ - сумма прямых и опосредованных (косвенных) влияний человечества на окружающую среду. ГЕЛИОТРОФ - организм, синтезирующий органические вещества из неорганических за счет энергии Солнца. ГЕНОТИП - совокупность всех генов организма, наследственная основа организма. ГЕНОФОНД - совокупность всех генов данной группы особей (популяции, группы популяций или вида в целом). ГЕОСИСТЕМА - система, состоящая из взаимообусловленных природных компонентов, взаимосвязанных пространственно и развивающихся во времени как части целого. ГЕТЕРОТРОФ - организм, использующий для питания органические вещества, произведенные другими видами. В пищевой цепи гетеротрофы составляют группу консументов. ГОМЕОСТАЗ(ИС) - способность организма или системы организмов поддерживать устойчивое (динамическое) равновесие в изменяющихся условиях среды. ДАМПИНГ - сброс, захоронение отходов в океане и его морях. ДЕЗАКТИВАЦИЯ - удаление радиоактивного загрязнения с поверхности предметов. ДЕЗИНФЕКЦИЯ - уничтожение возбудителей инфекционных заболеваний человека и домащних животных во внещней среде физическими, химическими й биологическими методами. ДЕТРИТ - мертвое органическое вещество в экосистеме. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АНТРОПОГЕННОЕ - загрязнение, возникающее в результате хозяйственной деятельности людей, в том числе их прямого или косвенного влияния на состав и интенсивность природного загрязнения. 14* 211 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЕ - загрязнение, возникшее в результате природных, как правило, катастрофических процессов (например, мощное извержение вулкана), вне всякого влияния человека на эти процессы. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ - процесс локального, регионального и глобального накопления свинца, ртути, кадмия и др. тяжелых металлов на поверхности Земли. ЗООБЕНТОС- совокупность животных - обитателей дна водоема. ЗООЦЕНОЗ - совокупность взаимосвязанных видов животных, сложившаяся на каком-то пространстве. ИНСЕКТИЦИДЫ - химические препараты, используемые против насекомых - вредителей или паразитов. ИНЖЕНЕРИЯ (ГЕННАЯ) - создание новых форм живого путем непосредственного изменения их генетического аппарата. КАННИБАЛИЗМ - поедание особей своего же вида, иногда своего потомства. КАНЦЕРОГЕН - вещество или физический агент, способствующий развитию злокачественных новообразований или их возникновению. КОНСТЕЛЛЯЦИЯ - совокупное действие нескольких факторов среды. КОНСУМЕНТ - организм, питающийся органическим веществом (все животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения). КОНСУМЕНТ I ПОРЯДКА - организм, питающийся растительной пищей. КОНСУМЕНТ II ПОРЯДКА - организм, питающийся животной пищей. КОНСУМЕРИЗМ - культ потребления, характерный для современного состояния развития общества, ведущий к усилению использования природных ресурсов. КОНТРИНТУИТИВНОСТЬ БОЛЬШИХ СИСТЕМ - поведение их часто не совпадает с разработанной моделью функционирования (логической, математической или натурной). 212 коэволюция - coBMecfHaH взаимосвязанная эволюция двух (или более) таксонов, объединенных тесными экологическими связями. Применяется для системы «общество - природа» (социэкологические системы). КОНСОРЦИЯ - совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена или ядра сообщества. В роли центрального члена обычно выступает вид - эдификатор. КСЕНОБИОТИКИ - вещества, которые получены в результате искусственного синтеза и не входят в число природных соединений. ЛАНДШАФТ - природный географический комплекс, в котором все основные компоненты: рельеф, климат, воды, почвы, растительный и животный мир - находятся в сложном взаимодействии и взаимообусловленности, образуя однородную по условиям развития единую неразрывную систему. МОНИТОРИНГ - система наблюдений, оценки, прогноза состояния окружающей среды. МУТАГЕН - любой агент (фактор), вызывающий мутацию. МУТАЦИЯ - резкое наследственное изменение организмов, меняющее их морфологические или физиолого-поведенческие признаки. Связано с изменением числа и структуры хромосом, с изменением отдельного гена или их группы. МЕТАБОЛИЗМ - обмен веществ, совокупность процессов биохимических превращений веществ и энергии в живых организмах. НИША ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ - место вида в природе, включающее не только положение вида в пространстве, но и функциональную роль его в сообществе. НООСФЕРА - термин, предложенный академиком В. И. Вернадским для обозначения биосферы будущего, которая будет преобразована человеком в новую гармоническую «сферу разума». ОТКРЫТОСТЬ СИСТЕМЫ - доступность системы для проникновения в нее вещества, энергии и информации. ПРОДУЦЕНТЫ - автотрофы и хемотрофы, производящие органическое вещество из неорганических соединений. 213 ПАССИОНАРНОСТЬ - непреодолимое внутренне стремление (осознанное или чаще неосознанное) к деятельности, охватывающее одно лицо (особь) или коллектив (человеческую или животную популяцию), и направленное на осуществление какой-либо цели (часто иллюзорной), представляющейся данному лицу (особи) или коллективу (популяции) даже ценнее собственной жизни. По Л. Н. Гумилеву, основа пассионарности заключается в неравномерности распределения биохимической энергии живого вещества биосферы во времени и пространстве. ПЕДАГОГИКА ЭНВАЙРОНМЕНТАЛЬНАЯ (ПРИРОДООХРАННАЯ) - раздел педагогики, рассматривающий формы воспитания, просвещения и специального образования в духе максимального стремления к сохранению окружающей человека природной среды. ПЕДОСФЕРА - почвенный слой Земли, или, по В. И. Вернадскому, кора выветривания, - часть биосферы. ПИРАМИДА БИОМАСС ^ соотнощение между продуцентами, консументами (I, II порядков) и редуцентами в экосистеме, выраженное в их массе (числе - пирамида чисел Элтона, заключенной энергии - пирамида энергий) и изображенное в виде графической модели (такие модели называют экологическими пирамидами). ПЛАНКТОН - совокупность пассивно плавающих в толще воды организмов (водоросли, простейщие, некоторые ракообразные, моллюски и др.). Различают фитопланктон и зоопланктон. ПОПУЛЯЦИЯ - совокупность особей данного вида, в течение больщого числа поколений населяющих определенное пространство, и обладающая условиями, необходимыми для поддержания его численности на определенном уровне и свойствами, определяющими единство особей (общность ареала и происхождения, сходство морфологических и др. признаков, свободное скрещивание). ПИОНЕРНОЕ СООБЩЕСТВО - сообщество живых организмов, образующееся на ранее не обжитых субстратах (на остыв-щей лаве вулканов, скалах, валунах после отступления ледников, морей и т. п.). Образование пионерного сообщества - пример первичной сукцессии. 214 пдв - предельно допустимый выброс - выброс вредных веществ в атмосферу, устанавливаемый для каждого источника загрязнения атмосферы при условии, что приземная концентрация этих веществ не превысит предельно допустимую концентрацию (ПДК). пдк - концентрация вредного вещества, которая не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруженных современными методами исследований в жизни настоящего или будущего поколений. ПЕСТИЦИДЫ - ядохимикаты - щирокий класс химических веществ, используемых для борьбы с сорными растениями (гербициды), насекомыми-вредителями (инсектициды), грибковыми (фунгициды) и бактериальными (бактерициды) заболеваниями. РЕДУЦЕНТЫ - организмы, главным образом бактерии и грибы, в ходе своей жизнедеятельности превращающие органические остатки в неорганические вещества. РЕЗЕРВАТ - природная (особо) охраняемая территория с заповедным или заказным режимом. РЕЗИСТЕНТНОСТЬ - устойчивость организма, его невосприимчивость к каким-то физическим, химическим и биологическим агентам. САПРОФАГ - организм, питающийся органическими остатками. СЕТЬ ПИЩЕВАЯ (ТРОФИЧЕСКАЯ) - условное, образное обозначение трофических взаимоотношений консументов, продуцентов и редуцентов. о «СИНДРОМ ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИИ» - раздражение слизистых оболочек, повышенная утомляемость, раздражительность, нарушение сна, менструальных циклов, пищеварения (запоры), связанные с загрязнением воздуха внутри жилых, общественных и производственных помещений. СИНУЗИЯ - экологически и пространственно обособленная часть фитоценоза, состоящая из растений одной или нескольких близких жизненных форм (например, деревья, кустарники, эпи-фитные лишайники, мхи и др.), связанных между собой общими требованиями к среде обитания. 215 СКРИНИНГ - биологическая или химическая оценка и контроль эффектов, которые могут быть вызваны промышленными отходами; отбор и анализ для целей мониторинга комплексных проб отходов и выбросов промышленных предприятий. СТАГНАЦИЯ - естественно возникаюший дефицит кислорода в водоеме; задержка развития, застой. СУКЦЕССИЯ - последовательная смена биогеоценозов, преемственно возникаюших на одной и той же территории (биотопе) под влиянием природных факторов или воздействия человека. ТЕХНОГЕНЕЗ - процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. ТОЛЕРАНТНОСТЬ - способность организмов выносить отклонения факторов среды от оптимальных для них значений (закон толерантности Шелфорда). УРОВЕНЬ трофический - совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу энергию Солнца и химических реакций (от автотрофов) через одинаковое число посредников трофической цепи: первый уровень (без посредников) - продуценты, второй - первичные консументы (растительноядные организмы), третий - вторичные консументы (хищники) и паразиты первичных консументов, четвертый - вторичные хищники и паразиты вторичных консументов, пятый - паразиты вторичных консументов, шестой - надпаразиты высоких порядков. ФЕНОТИП - меняюшаяся в процессе индивидуального развития совокупность всех признаков и свойств организма, формирующаяся на основе наследственности (генотипа) и влияния внешней среды. ФИТОФАГ - растительноядное животное. ФИТОГЕНЕЗ - процесс формирования и развития растительных сообшеств. ФОТОСИНТЕЗ - окислительно-восстановительная реакция синтеза органических вешеств с помощью световой энергии. ФРЕОНЫ - группа галогенсодержащих органических веществ: Ф-11 (CICH3), Ф-12 (CI2CH2), Ф-22 (CHCIF2) и др. 216 ХЕМОСИНТЕЗ - процесс синтеза органических веществ за счет энергии окисления аммиака, сероводорода и др. веществ, осуществляемый микроорганизмами в ходе их жизнедеятельности. ЦЕНОЗ - любое содружество (биоценоз, зооценоз, фитоценоз и т. п.) ЦЕПЬ ТРОФИЧЕСКАЯ - ЦЕПЬ ПИТАНИЯ, ЦЕПЬ ПИЩЕВАЯ - ряд видов или их групп, каждое предьщущее звено в котором служит пищей для следующего. ЦИКЛ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ - круговорот химических веществ: из неорганической природы через растительные и животные организмы обратно в неорганическую. Соверщается с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций. ЧИСЛО ВОЛЬФА (W) - количественная характеристика степени солнечной активности, представляет собой число солнечных пятен и их групп, выраженное в форме условного показателя: W = = к(т+ 10п), где m - общее число всех пятен, оформленных в виде групп или расположенных изолированно, п - число групп пятен или отдельных пятен, не включенных в состав какой-либо группы, к - множитель, характеризующий условия наблюдения и применяемую аппаратуру. Солнечная активность обнаруживает 11летнюю (точнее 11,1 года) цикличность. ЧИСЛО САНИТАРНОЕ - частное от деления количества почвенного белкового азота (в мг на 100 г сухой почвы) на общее количество органического азота в почве (в тех же единицах). ЭДИФИКАТОР - вид, играющий основную роль в создании биосреды в экосистеме и сложении структуры биогеоценоза. о с» ЭИКУМЕНА (ОЙКУМЕНА) - часть земной поверхности, заселенная и используемая людьми. ЭКОЛОГИЯ - интегративная наука, изучающая взаимодействие живых систем с окружающей средой. ЭКОПОЛИС - городское поселение, спланированное с учетом комплекса экологических потребностей человека. ЭКОСИСТЕМА - любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими ком- 217 понентами. Вьщеляют микроэкосистемы (ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд) и макроэкосистемы (океан, континент). Глобальная экосистема - биосфера. ЭКОТОП - местообитание сообщества. ЭМЕРДЖЕНТНОСТЬ - наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями. Краткое античное определение: целое больще суммы его частей. ЭНДЕМИЯ - постоянное проявление какого-либо заболевания в определенной местности. ЭВТРОФИРОВАНИЕ ВОДОЕМОВ - повыщение биологической продуктивности водных экосистем в результате накопления в воде биогенных элементов естественного или антропогенного происхождения. Обогащение водоема биогенными элементами (N, Р и др.), поступающими со сточными водами, а также с поверхностным стоком с удобряемых полей, приводит к «цветению» воды и к резкому ухудщению ее качества. ЭРОЗИЯ ПОЧВ - процесс разрущения почв в результате естественных явлений и хозяйственной деятельности человека. Естественная эрозия протекает, как правило, медленно и не принимает угрожающих размеров. Различают водную и ветровую эрозии. СОДЕРЖАНИЕ Введение Глава 1. Геоэкология § 1. Что изучает геоэкология? § 2. Основные понятид геоэкологии § 3. Некоторые аксиомы геоэкологии § 4. Классификация ландшафтов § 5. Природные ресурсы и их использование 9 11 15 18 23 § 6. Некоторые закономерности развития глобальной геосистемы - географической оболочки 27 Практическая работа №1. Составление геоэкологических карт 33 Вопросы и задания для повторения, обобщения и систематизации знаний 33 Тестовый контроль 35 Глава 2. Экология человека § 1. История становления экологии человека 37 § 2. Основные понятия экологии человека 40 Практическая работа №2. Изучение показателей здоровья человека 44 § 3. Механизмы приспособления организма к окружающей среде 44 § 4. Воздействие антропогенных факторов на здоровье человека 49 Практическая работа №3. Выявление экологически опасных веществ и факторов воздействия 58 § 5. Геопатогенные зоны 59 Практическая работа №4. Санитарно-гигиеническая оценка рабочего места 61 Практическая работа №5. Санитарно-гигиеническая оценка классной комнаты 61 Вопросы и задания для повторения, обобщения и систематизации знаний 61 Тестовый контроль 62 219 Глава 3. Экология города (урбоэкология) § 1. Некоторые особенности функционирования городских экосистем 65 § 2. Шумовое загрязнение 71 § 3. Пылевое загрязнение 76 § 4. Зеленые насаждения и животные в городе 79 § 5. Проблема отходов 84 § 6. Экологичный город 91 Практическая работа №6. Изучение экологического состояния пришкольной территории 93 Вопросы и задания для повторения, обобщения и систематизации знаний 93 Тестовый контроль 94 Глава 4. Промышленная (инженерная) экология § 1. Взаимодействие в системе «производство - окружающая среда» 98 § 2. Современные подходы к созданию малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий 100 § 3. Загрязнение окружающей среды 105 § 4. Экологическое нормирование качества окружающей среды ПО § 5. Методы очистки сточных вод и газовых выбросов 113 Практическая работа №7. Оценка экологического состояния водных объектов 117 Практическая работа №8. Оценка экологического состояния воздушной среды 117 Вопросы и задания для повторения, обобщения и систематизации знаний 118 Тестовый контроль 118 Глава 3. Агроэкология (сельскохозяйственная экология) § 1. Основные понятия агроэкологии 121 § 2. Некоторые направления агроэкологической деятельности человека 125 220 § 3. Сельскохозяйственное загрязнение 130 § 4. Экологическое земледелие 131 Практическая работа №9. Оценка экологического состояния почвы 134 Вопросы и задания для повторения, обобщения и систематизации знаний 135 Тестовый контроль 135 Глава 6. Радиоэкология § 1. Что изучает радиоэкология? 139 § 2. Этапы развития радиоэкологии 140 § 3. Основные понятия радиоэкологии 142 Практическая работа №10. Изучение радиационного аспекта экологического состояния окружающей среды 145 § 4. Радиоэкология особей 145 § 5. Радиоэкология популяций и сообществ 150 § 6. Радиационный фон планеты 152 § 7. Естественный радиационный фон 154 § 8. Искусственные источники радиации 159 § 9. Проблема радиационной безопасности 163 § 10. Гигиенические аспекты радиационной безопасности 165 § 11. Радиационная обстановка в России 167 Вопросы и задания для повторения, обобщения и систематизации знаний 171 Тестовый контроль 174 Глава 7. Мониторинг состояния окружающей среды § 1. Основные виды мониторинга 178 § 2. Методы экологических исследований 185 Практическая работа №11. Методы биоиндикации загрязнений наземных и водных экосистем 189 221 Практическая работа №12. Изучение и моделирование глобальных экологических проблем 189 Вопросы и задания для повторения, обобщения и систематизации знаний I89 Тестовый контроль 190 Заключение 193 Приложения 1. Н. Ф. Реймерс. «Экологический манифест» 2. А. Печчеи. «Человеческие качества» (фрагменты из книги) 3. Словарь экологических терминов 195 202 207 АЛЕКСЕЕВ Сергей Владимирович ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие для 10-11 классов средней школы Издание осуществлено при участии фирмы «КИС» в подготовке данного издания принимали участие: Лютиков А. Г., Морозов А. В., Морозова И. С., Соловьева Н. Д. Редактор Горохова Б. С. Художники Березкин Н. А., Флегонтов Д. Ю. Фотографии Харитонова А. И. Издательская лицензия ЛР № 064946 от 28 января 1997 г. Подписано в печать 22 июля 1997 г. Формат 60x90 ’/|б Уч.-изд. л. 10,5 + вкл. Печать офсетная. Бумага офсетная. Тираж 10 000. Заказ 452 Издательство «СМИО Пресс» 196348, г. Санкт-Петербург, пр. Стачек, 170 Отпечатано с готового оригинал-макета в ОАО ПП-3 191104, Санкт-Петербург, Литейный пр., 55 э с. в. Алексеев ГИЯ Экология как комплекс наук о Природе помогает осмыслить ■ путь Человека к Истине, Логику познания Мира. Системный подход в изложении материала позволяет понять взаимосвязь живых систем с окружающей средой. Главной мыслью учебного пособия является идея устойчивого развития, "коэволюция природы и общества" (по Н. Н. Моисееву). Изучение современных направлений экологии приучает нас оценивать состояние окружающей среды, воспитывает в соответствии с принципом; "Мысли — глобально, действуй — локально!" Содержание учебного пособия ориентировано на проекты государственного образовательного стандарта. Книга предназначена для учащихся старших классов средней общеобразовательной школы, педагогов дополнительного образования и всех интересующихся проблемами экологии.