Лекция 3 - Загрязнение гидросферы и его последствия

Смоги

Это явление характерно для определенных мест и метереологических условий и загрязнения воздуха. Выделяют: лондонский (черный), лосанжелеский (белый) и ледяной смоги.

Лондонский смог образуется при влажности воздуха около 100% и температуре – 0º С, длительной штилевой погоде и высокой концентрации продуктов сгорания твердого и жидкого топлива (SO2, сажа, NO и CO). Наблюдается в осеннее - зимний период и характерен для умеренных широт с влажным морским климатом. Получил свое название после трагедии 1952 года, когда смог наблюдался в течение двух недель. Смертность за этот период увеличилась в 10 раз (4 тысячи жителей Лондона). На Украине подобный смог наблюдается в Мариуполе, Одессе.

Фотохимический смог образуется в ясную солнечную погоду при низкой влажности и температуре выше +30ºС при полном отсутствии ветра и высокой загрязненности воздушного бассейна.Появляется голубоватая дымка или беловатый туман. Источники озонид углерода, ПАН,

На Украине смог такого типа наблюдается в Днепропетровске, Запорожье, Донецке, Ялте.

Ядерная зима – последствие испытания ядерного оружия, лазерных установок с термоядерной заправкой. Это может привести к изменению климата, изменению содержания озона, катастрофическому загрязнению атмосферы, гидросферы и биосферы в целом. Под «ядерной зимой» подразумевается значительное понижение температуры земной поверхности, возможное в результате цепи событий, последующих после обмена ядерными ударами (несколько сотен и более).

Дальнейшее развитие научно-технического прогресса, промышленности, энергетики, транспорта увеличило загрязнение атмосферы вредными газами, что привело к катастрофическим последствиям массовых заболеваний и гибели людей, животных и растений.

Гидросфера – водная оболочка Земли. Среди природных ресурсов вода занимает особенное место. Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, около 96.5% всей воды на Земле – это соленые воды, 1.7% - заключены в ледниках, 1.7% - подземные воды, 0.1% - воды рек, озер и болот. Запасы пресной воды небольшие, и составляют всего лишь 2.5% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0.36%) находится в легкодоступной форме.

Наибольшая обеспеченность ресурсами речных и подземных стоков выпадает на экваториальный пояс Южной Америки и Африки. В Европе и Азии, где проживает 70% населения, сосредоточено лишь 39% речных вод. Наибольшими реками мира является Амазонка (речной сток – 3780км3), Конго (1200км3), Янцзы (639км3), Миссисипи (600км3), Замбези (599км3). В Западной Европе среднегодовой поверхностный сток составляет 400 км3, в т.ч. 200 км3 – Дунай, 79 км3 – Рейн, 57 км3 – Роне. Наибольшими озерами считаются Большие американские озера (общая площадь – 245 тыс.км2), Виктория – 68 тыс.км2, Танганьика – 34 тыс. км2, Ньяса – 30.8 тыскм2. В Больших американских озерах содержится 23 тыс. км3 воды, столько, сколько и в Байкале.

Потребность человека в воде постоянно увеличивается. Если в древние времена расход воды на человека составлял 12-18 л. в сутки, то сегодня в развитых странах - 200-400 л. Особенно возросло использование воды на производственные нужды, где она используется практически во всех технологических процессах. На начало 21 века общее водопотребление в мире увеличилось приблизительно в 7 раз, а на промышленные нужды в 21 раз.

Запасы воды не везде одинаковы. По данным ВОЗ в мире около 1.2 млрд. человек страдают от нехватки воды, а такие страны, как Алжир, Голландия, Сингапур и др. импортируют воду. Загрязнение водных ресурсов делает ее непригодной для питья. Считается, что полная смена воды в атмосфере происходит за 9-10 суток, в реках 12-20 суток, морях 2.5-3 тыс. лет, океанах 30-40 тыс. лет.

Вода в Украине наиболее ценный и дефицитный ресурс. На ее территорию приходится только 2% от общего речного стока стран СНГ. Речной сток неравномерно распределен по территории Украины. Основные запасы воды сосредоточены в северной и северо-западной частях страны. Приблизительно 70% населения сел и поселков городского типа удовлетворяют потребности в питьевой воде за счет подземных вод и водоносных горизонтов. В среднем на одного жителя Украины приходится 1.1 м3 питьевой воды в сутки. В связи с ограниченностью и неравномерностью распределения водных ресурсов для обеспечения водой населения и отраслей хозяйства широко используют регулирование стока рек.

Значительная часть воды, использованной в бытовой и производственной деятельности человека, испаряется, а приблизительно треть сбрасывается в виде неочищенных или недостаточно очищенных вод в поверхностные водоемы и водотоки.

Загрязнение рек, озер, морей и даже океанов происходит с нарастающей скоростью, т.к. в водоемы поступает огромное количество загрязняющих веществ. Основными источниками загрязнения природных вод являются: атмосферные осадки, городские сточные воды, промышленные сточные воды.

Из рек отходы поступают в Мировой океан, загрязнение которого имеет глобальные последствия. Тяжелые металлы и пестициды накапливаются в пищевых цепях, конечное звено которых занимает человек. В водоемы со сточными водами поступает огромное количество загрязняющих веществ. Загрязнение принимает такие размеры, что во многих районах превышает их способность к самоочищению.

Проблема загрязнения гидросферы является одной из наиболее острых экологических проблем в связи с тем, что:

- источники загрязнения и состав загрязняющих веществ очень разнообразны;

- загрязнители воды в растворенной форме или во взвешенном состоянии могут распространяться на огромные расстояния от места сброса;

- токсические вещества способны накапливаться в пищевых цепях;

- поступление с поверхностным стоком больших количеств растворимых соединений азота и фосфора вызывает ускоренное антропогенное эвтрофирование водоемов;

- процессы самоочищения водоемов осуществляются медленно.

Загрязнение гидросферы вызывает целый ряд отрицательных экологических последствий: эвтрофирование воды в водоемах, накопление токсических веществ в пищевых цепях, нарушение газообмена с атмосферой.

Чрезмерное обогащение водоемов биогенными веществами приводит к их эвтрофикации, т.е. к резкому повышению биопродуктивности и размножению фитопланктона, в первую очередь неприхотливых сине-зеленых водорослей. «Цветение» воды и постепенное отмирание массы водорослей становится источником вторичного загрязнения, приводят к расходованию всех запасов кислорода и медленному «умиранию» водоема. Таким образом, антропогенная эвтрофикация вызывается не ядовитыми загрязнителями, а тем, что всегда считалось безвредным – частицами почвы и удобрениями. Это еще раз подтверждает вывод о том, что сильное изменение любого природного фактора может нарушить равновесие экосистемы.

Эвтрофикация водоемов – это естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, но в последние десятилетия в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась. Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению сине-зеленых водорослей, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов (к тому же выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для человека токсины). Рост массы фитопланктона сопровождается уменьшением разнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности экосистем к гомеостазу и саморегуляции. Разложение детрита бактериями истощает имеющиеся в воде запасы растворенного кислорода иногда настолько, что происходит гибель рыбы. Масса гниющего органического вещества иногда отравляет обширные пространства водоемов и водотоков. Признаком эвтрофирования является ухудшение качества воды (изменение цвета, помутнение, появление неприятного запаха), а также в некоторых случаях массовый замор рыбы.

Биогенные элементы попадают в водоемы:

- со сточными водами животноводческих комплексов;

- с поверхностным стоком с сельскохозяйственных угодий, особенно при поливе;

- в результате эрозии распаханных земель;

- с хозбытовыми и ливневыми стоками; сточными водами химических и целюлзно-бумажных производств. Способствует эвтрофированию и тепловое загрязнение водоемов.

Основными загрязняющими веществами, обладающими токсическими свойствами по отношению к гидробионтам и способными накапливаться в пищевых цепях, являются:

- биофобные элементы (ртуть, свинец, кадмий);

- пестициды;

- синтетические ПАВ (детергенты);

- нефть и нефтепродукты.

Загрязнение водоемов токсикантами может привести к изменению количественного и качественного состава биоценозов, а накопление в пищевых цепях даже при относительно невысоком содержании токсиканта в водной среде – повлечь за собой отравление и гибель организмов расположенных на высших трофических уровнях, в том числе и человека.

Многие загрязняющие вещества, особенно углеводороды, обладая малой растворимостью, образуют пленку на поверхности воды. Так, пятно образованное 1т нефти захватывает в среднем 12км2 поверхности водоема. Газопроводность углеводной поверхностной пленки составляет около 50% чистого газопропускания, вследствие чего нефтяное загрязнение подавляет процессы фотосинтеза и испарения в мировом океане и может вызвать нарушения в круговороте кислорода, углерода и воды. В настоящее время более 7млн. т. нефтяных углеводородов ежегодно поступает в океан в результате добычи, переработке, транспортировании.

Замечательной особенностью водных экосистем является их способность к самоочищению и установлению биологического равновесия. Оно происходит в результате совокупного действия физических, химических и биологических факторов. Самоочищение водоемов от углеводородного загрязнения сложный многостадийный процесс. В течение первых 2-3 суток 25-30% всего объема нефти, разлитой в водоеме, испаряется. Это в основном легкие фракции нефти. Растворение вводно-растворимых фракций нефти происходит в течение 5-15 суток. Тяжелые фракции нефти образуют эмульсии с содержанием воды от30-80%, увеличивая общую массу загрязнения в 1.5 раза.

Под действием растворенных в воде кислорода, нитратов и сульфатов происходит медленное химическое окисление углеводородов нефти, катализируемое ультрафиолетовым излучением. При этом, как правило, образуются очень токсичные соединения.

Полное разрушение нефти с образованием воды и углекислого газа происходит под действием микроорганизмов – нефтеокисляющих бактерий. Возможность водоема к самоочищению путем биохимического окисления зависит от многих факторов – температуры воды, содержания растворенного кислорода, наличия биогенных элементов и др.

Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь, локализованы в отдельных районах у берегов, снижая первичную продукцию морских экосистем, подавляют развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов (особенно крабов и рыб). Органические вещества, осаждаясь, заиливают дно, задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорганизмов, участвующих в процессе, самоочищения воды. Наличие суспензий затрудняет также проникновение света в глубь и замедляет процесс фотосинтеза.

Интенсивность света под слоем разлитой нефти составляет только 1% интенсивности света на поверхности. Днем слой нефти поглощает солнечную энергию, что приводит к повышению температуры воды, что в свою очередь в нагретой воде снижается количество растворенного кислорода, увеличивается скорость дыхания растений и животных, что еще более ухудшает их положение. Одним из санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода.

ПАВ оказывают вредное действие, способствующее образованию на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Поступление в водные объекты веществ, имеющих резервный фонд в атмосфере и возврат этих веществ из водного объекта в резервный фонд, осуществляется благодаря процессу газообмена на границе раздела «атмосфера – вода».

Одним из важных частных случаев газообмена является процесс атмосферной реаэрации, благодаря которому происходит поступление в водный объект значительной части кислорода. Интенсивность и направление газообмена определяется отклонением концентрации газа в воде от концентрации насыщения. Величина концентрации насыщения зависит от природы вещества и физических условий в водном объекте (температуры и давления). При концентрации, большей концентрации насыщения, газ улетучивается в атмосферу, а при концентрации меньшей концентрации насыщения, газ поглощается водной массой. При процессе эвтрофирования процесс газообмена «атмосфера – вода» нарушается.

 

 

Лекция 4 КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ НЕОЭКОЛОГИИ. Глобальные проблемы неоэкологии

Сложившаяся в настоящее время ситуация в мировой эколо­гической науке свидетельствует об общеизвестном несоответствии содержания понятия «экология», определение которой дал ее ос­нователь Э. Геккель (1866), и понятия «современная экология», то есть с тем содержанием, которое ныне в него вкладывается. Появилась настоятельная необходимость разделить существую­щую традиционную (классическую) экологию, оставив за ней по праву принадлежащий ей термин «экология», и сформировавшу­юся современную экологию, определив ее как «неоэкологию» со своими собственными объектом и предметом исследований, поня­тийно-терминологическим аппаратом, методиками и т. д.

Отмежевание и внедрение понятия «неоэкология» имеет еще одно чрезвычайно важное значение. В Украине появляется понятие, наиболее полно соответствующее широко распространенному за рубежом понятию «Environmental Protection», прямой перевод которого в украинском языке невозможен, не говоря уже о том, что от «Environmental Protection» нет возможности образовать ни научного направления исследователя, ни профессии (специальности).

Данный модуль посвящен попытке объединить уже существу­ющие в современной экологии идеи и разработки в целостную систему неоэкологических знаний, привлечь внимание студентов и специалистов к вопросам методологии этой научной дисципли­ны, требованиям, принципам, свойствам неоэкологических исследований и т. д. (рис. 1).

Естественно, приведенное ниже не претендует на изложе­ние всех концептуальных положений и проблем неоэкологии, достижений, сложившихся и формирующихся научных знаний. Осуществляется лишь попытка заложить теоретико-методоло­гические основы новой отрасли познания — неоэкологии,на­метить возможные направления дальнейшего развития частич­но уже сложившейся, новой науки на базе традиционных экологических знаний, обратить внимание на нецелесообраз­ность вложения нового содержания в старое, давно устоявшее­ся понятие «экология». Предстоит большая самостоятельная работа для постижения и дальнейшего развития этой новой науки и ее проблем.

ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ.Неоэкология трактуется нами как фундаментальная научная дисциплина, обладающая такими атрибутами самостоятельности как объект, предмети метод исследований, имеющая свой поня­тийно-терминологический аппарат, научные основыи т. д.

О термине неоэкология. Выступая с предложением о введении нового понятия, вероятно, целесообразно сделать краткий анализ объективных и субъективных предпосылок столь резкого измене­ния в настоящее время изначального смысла экологии. Один из возможных вариантов объяснения данного феномена нам пред­ставляется следующим. Все усиливающийся прессинг людей на окружающую среду привел человечество к порогу экологической катастрофы. Это почувствовала и осознала значительная масса людей на всех уровнях — от власть имущих до отдельных про­стых граждан. Поэтому и начало формироваться мощное движе­ние по охране и защите окружающей среды.

Постепенно, но достаточно быстро оно охватило практичес­ки все континенты. Существующее понятие «охрана окружаю­щей природной среды и рациональное использование природ­ных ресурсов», которое, с нашей точки зрения, достаточно полно и удачно отражало направление деятельности и было широко распространено в бывшем СССР и других странах, перестало отвечать новым требованиям по целому ряду причин. Сформировавшееся международное движение нуждалось в кратком и ем­ком названии, отражавшем сущность и направленность дей­ствий. К сожалению, упомянутое выше понятие не отвечало общим правилам и требованиям к дефинированию и термини­рованию. Отметим лишь некоторые из них. Прежде всего не соблюдено главное требование —возможность от наименования науки (дисциплины) образовать наименование профессии, спе­циализации человека (ученого), занимающегося в данной обла­сти. Неудобным явилось также наличие в данном названии боль­шого количества терминоэлементов. Возникла потребность иметь краткий, но емкий, однословный термин, обладающий изящно­стью и хорошей дериватностью. На вооружение был взят термин «экология». Наука о жилище, о нашем доме — такое определе­ние, несомненно, подходило по всем показателям (параметрам) к отчетливо целенаправленной деятельности огромного числа людей самых различных специализаций, тем более, что «дом» оказался многоиерархичным (от квартиры, города, региона до планеты Земля) и многофункциональным образованием (объек­том). Однако этот термин уже был «занят». И все же несоответ­ствие нового содержания тому, которое вкладывал в него его родоначальник Э. Геккель, как достаточно узкой отрасли биоло­гической науки и прочее (около столетия экология развивалась только как чисто биологическая наука), не стало препятствием к его распространению в новом качестве. Естественно, нельзя отрицать, что экология — это биологическая наука, и нельзя не отдать должное требованию «верните экологию экологам» (Щи-панов, 1993). Но разве это допустимо в науке?

Современная экология давно вышла из ранга биологической науки. Как считает большой авторитет в современной экологии Н. Ф. Реймерс (1994), экология превратилась в значительный цикл знаний, вобрав в себя разделы географии, геологии, хи­мии, физики, социологии, теории культуры, экономики, даже теологии — по сути, всех научных дисциплин. Этот же ученый считал, что такого взрыва профанации знания не было в исто­рии человечества. К экологии может легко примкнуть любой, даже ничего в ней не смысля. Как следствие, утерян, по мнению того же Н. Ф. Реймерса (1994), даже смысл структуры экологического цикла наук. Раз все «экологи», то и называют экологией все, в том числе и охрану природы, охрану окружающей среды и прочее. В 1998 г., спустя очень короткое время после совершен­ствования структуры экологических специальностей, произошел трудно объяснимый факт — специальность «Экология» стала называться «Экология и охрана окружающей среды». К сожале­нию, снова нарушено главное требование — утрачена возмож­ность образовать наименование профессии от названия специаль­ности — «Охрана окружающей среды».

Но главное не в этом. Произошло становление новой науки. Традиционная, классическая экология продуцировала целую си­стему наук, стала по праву фундаментом новой отрасли знаний — неоэкологии, которая, с одной стороны, является мультидисциплинарной, а с другой — мировоззренческой наукой.

Приведенные выше правильные и точные высказывания док­тора биологических наук профессора Н. Ф. Реймерса взяты нами из его прекрасной книги «Экология». В книгу включены такие разделы как «Природа и экономика», «Экология городского (му­ниципального) хозяйства» и т. д. Несколько раз в своей книге автор отмечает, что глобальная экология «...явно выходит за рамки биологии...за рамки биосферы, изучая экосферу планеты, как кос­мического тела» и т. д. При этом фигурирует термин упомянутого выше автора «мегаэкология». Однако даже в настоящее время многие биологи современную экологию по-прежнему считают био­логической наукой, о чем свидетельствуют многочисленные опре­деления в учебниках, словарях, справочниках.

Таким образом, назрела настоятельная необходимость разме­жевать «традиционную» (геккелевскую) и «современную эколо­гию». При этом правомерно оставить за традиционной экологией все наработки и достижения более чем за 100 лет, давно сложив­шуюся структуру науки и, соответственно, объект, предмет и ме­тоды исследований. То же, что сейчас называется «современной экологией», но, естественно, не причислив сюда все подряд, а тща­тельно профильтровав на строгой фундаментальной и теоретичес­кой основе, следует назвать «неоэкологией». Одной из самых глав­ных особенностей неоэкологии является то, что она наследует основные традиции классической экологии, используя ее как фундамент, базовую основу, имея свой собственный объект, пред­мет и методы исследования, понятийно-терминологический ап­парати т. д. А именно это и является центральным стержнем, самым веским доказательством правомочности предлагаемого тер­мина. Никакой нелогичности или необычности в этом нет. В мире науки существуют примеры такого подхода, например неотекто­ника, неореализм и др. Кроме того в новом термине сохраняется родовое понятие.

Потеряет ли что-либо при таком размежевании экология? Совершенно очевидно — нет. Наоборот, за ней останется все то, что принадлежало ей ранее, и, кроме того, она обогащается новы­ми знаниями, избавляется от путаницы слов, понятий и самого понимания «что есть что».

О неоэкологии как науке. Поскольку фундаментальной осно­вой неоэкологии является классическая экология, а ее теорети­ческие и методологические посылки достаточно полно опублико­ваны, рассмотрим кратко основные атрибуты самостоятельности неоэкологии.