Модуль1. Задание 1.1 1.Экологическая ситуация в Украине

На пороге XXI века экологические проблемы приобрели статус глобальных. Человечество осознает опасность сокращения жизни на Земле из-за своего влияния на масштабы природопользования, интенсивность хозяйства, загрязнение природной среды. Однако чувство тревоги за качество последнего свойственно далеко не каждому из нас, жителей города и села, где находятся основные источники загрязнения атмосферного воздуха, природных вод, почв. Земля, которая питает нас, воздух, которым мы дышим, вода, которую пьем, ежегодно несут огромные потери от необдуманной действия тех, кто ими пользуется. Посмотрите вокруг своего села, города, дачных поселений, во что превращаются чистые ручьи, зеленые рощи - все, что питало народ на протяжении многих веков! Свалка мусора, горы минеральных удобрений или пестицидов, бесхозного оставленных под открытым небом - все это попадает в цепь круговорота веществ. Да и сами мы потом пьем воду, потребляем некачественные продукты, дышим загрязненным воздухом. Всего в Украине в 1992 г. было 10088 млн.м3 промышленных, 3510,5 млн.м3 сельскохозяйственных, 3846,4 млн.м3 коммунальных стоков, 10015 тыс.т выбросов в атмосферу, 1680,4 млн.м3 твердых отходов промышленных предприятий. Вот что существенно меняет качество природных богатств. Страшные последствия (не регионального, а планетарного масштаба) имеет авария на ЧАЭС. С 1987 г. только в Киеве втрое увеличилось количество онкологических заболеваний, в шесть с половиной раз - заболеваний эндокринной системы, в шесть - крови, в 31 - органов дыхания. Это - последствия чернобыльской экологической катастрофы. Огромное сельскохозяйственная освоенность и неоправданная распаханность земель, концентрация промышленного производства и его устаревшая технология, хищническое отношение человека к природе невозможным стабильное развитие всего сущего на нашей Земле. Посмотрите на карту и вы убедитесь, что все основания для такого беспокойства есть. Карта пробуждает в нас активно бороться за чистый воздух и воду, плодородные почвы и цветущие луга, зеленые леса и плодоносные сады. Что такое загрязнение, чем оно обусловлено и каковы его последствия - об этом пойдет речь далее. Стоит лишь заметить, что загрязнение проявляется за чрезмерной концентрации тех или иных химических элементов или энергии выше фоновых или допустимых норм. Оно может быть природного и техногенного происхождения, и может вызвать качественные изменения характеристик основных компонентов природы и их составляющих и отрицательно влиять на живые организмы. Масштабы изменений природной среды зависят от двух основных факторов: интенсивности проявления вещественного состава загрязнителей и способности природы к самоочищению. Последнее свойство лежит в основе понятия устойчивости отдельных компонентов природы к антропогенной нагрузки на основе различий в распространении загрязнителей в различных средах. Твердые, жидкие и газообразные выбросы загрязняющих веществ поступают во все компоненты природы: воды, почвы, атмосферный воздух. Всего выбросов осуществляется в атмосферный воздух, через которое опасные вещества распространяются в другие компоненты природы, повышая тем самым уже существующий у них уровень загрязнения. В процессе длительного действия загрязнителей ухудшаются или нарушаются основные природные, социально-экономические функции природной среды. Это усложняет жизнь всех живых организмов, особенно человека. Следует учесть также на явление синергизма (совокупного действия факторов, которое характерно как для самого процесса загрязнения, так и для вызванных им последствий). Важно отметить свойство некоторых химических элементов постепенно накапливаться в объектах среды, что приводит к усилению пагубной действия при их прохождении биологическими цепями. На состояние экологической ситуации в регионах Украины влияет также проявление эколого-географических проблем. Среди них для Украины характерны:

• уменьшение запасов полезных ископаемых (исчерпание ресурсов, снижение их качества и разнообразия, опасность нарушения среды вследствие добычи полезных ископаемых и т.д.);

• изменение структуры земельных ресурсов вследствие изъятия земель под хозяйственные нужды и застройки, а также через развитие негативных процессов в ландшафтах (эрозии, абразии, карста, суффозии и просадки грунтов, подтопление и заболачивание и др.);

• снижение плодородия почв вследствие вымывания гумуса, засоление, подтопление и т.п. и загрязнения тяжелыми металлами, пестицидами и другими веществами;

• уменьшение запасов и загрязнение поверхностных и подземных вод вследствие усиленного водозабора, внесение загрязняющих веществ в водные объекты в процессе производства и ведения коммунального хозяйства;

• загрязнение воздуха и изменение его состава в результате промышленных и других выбросов в атмосферу;

• сокращение разнообразия растительного и животного мира и изменения в его генофонде;

• уменьшение биологической продуктивности ландшафтов;

• ухудшение геогигиеничних и санитарно-эпидемиологических условий жизнедеятельности человека и существования живых организмов.

Эти проблемы возникли потому, что структура хозяйства Украины, развивавшегося десятилетиями, не соответствовала во многих регионах их интегральном потенциала. При этом не учитывались объективные потребности и интересы людей, которые здесь проживали, и экологические возможности конкретной территории. Ведущими отраслями хозяйства являются энергетика, горно-и угледобывающая, химическое промышленность, машиностроение. Физически и морально устаревшее оборудование в этих отраслях обусловило интенсивное использование энергии, воды, земли и иногда не контролируемые выбросы загрязняющих веществ во все компоненты природы. Ежегодно в процесс производства вовлекается около 1,5 млрд. т первичного сырья, а объем отходов этих отраслей промышленности составляет около 15 млрд. т. Таким образом, на сегодня для Украины состояние развития производства является главным эколого-формирующим фактором. Акцентируем внимание, что состояние природы в Украине - критическое, а в некоторых ее регионах деградация носит необратимый характер.

Ссылка: www.environments.land-ecology.com.ua/.../1576-ekologicheskaya-si...

2. Границы и характерные особенности биосферы Биосфера – особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть веществ планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера включает:

-    живое вещество;

-    биогенное вещество;

-    косное вещество;

-    биокосное вещество;

-    радиоактивное вещество;

-    вещество космического происхождения;

-    рассеянные атомы.

Представление Вернандского об организованности биосферы – согласованное взаимодействие живого и неживого.

Представление о её возникновении и развитии: биосфера возникла в результате эволюции. По-видимому, первыми были анаэробные бактерии.

1.    Формирование литосферы

2.    Никогда не наблюдались периоды, лишенные жизни

3.    Живые организмы.

4.    Их количество бесконечно велико и действуют они бесконечно длительное время

5.    Движущий фактор – биохимическая энергия живого вещества

Состав и границы биосферы

Жан БатистЛамарк (1744 год – 1783 год) – термин «биосфера».

Вернадский В. И. (1926). Биосфера - поверхностная оболочка Земли, созданная и преобразуемая деятельностью живых организмов.

Строение биосферы:

  -   Атмосфера до высоты 25 км (озоновый слой)

  -   Гидросфера  на всю толщу (11 км)

  -   Литосфера до глубины 5 км (температурный барьер +105ºС)

Характерные черты биосферы:

  -   Наличие вещества в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

  -   Наличие большого количества воды в свободной форме.

  -   Наличие большого количества энергии, как солнечного, так и земного происхождения.

Основные компоненты биосферы:

  -   Живое вещество – вся сумма живых организмов, находящихся на планете в данный исторический период.

  -   Биогенное вещество – органическое или органо-минеральное вещество, созданное организмами далекого прошлого и представленное в виде каменного угля, горючих сланцев, горючих газов, торфа, сапропеля, нефти.

  -   Биокосное вещество – неорганические вещества, преобразованные деятельностью организмов (вода, воздух, железная и марганцевая руды).

Термин «Биосфера» был впервые введен в литературу австрийским геологом Э.Зюссом для обозначения всего того пространства атмосферы, гидросферы и литосферы, где обитают живые организмы. Целостное учение о биосфере было создано академиком В.И.Вернадским (1863 – 1945 гг.), который определил биосферу как область существования  и функционирования живого вещества – совокупности всех живых организмов на планете. В учении В.И.Вернадского впервые была раскрыта роль живых организмов в процессах планетарного масштаба, показано, что живые организмы и продукты их жизнедеятельности являются наиболее мощной геологической силой,  играющей первостепенную роль в механизмах разрушения горных пород, круговорота веществ, изменения водной и воздушной оболочек планеты, эволюции верхних слоев литосферы.

Наряду с живым веществом, В.И.Вернадский выделил еще несколько категорий вещества в биосфере. Живому веществу противопоставляется  косное вещество - все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Примеры косного вещества – гранит, кварц и тому подобные. Геологические породы, созданные в результате деятельности живого вещества, относятся к веществу биогенному (известняк, каменный уголь, и  пр.). В отдельную категорию выделяется биокосное вещество, представляющее собой комплекс взаимодействующих живого и косного вещества, примерами которого являются почвы, природные воды.

Живое вещество составляет примерно 0,01% от всей массы биосферы, но благодаря высокой химической и геологической активности, именно оно является основой биосферы, состав которой определяется совокупной деятельностью живых организмов в настоящем и прошлом.

Современная биосфера охватывает пространство, в котором живые организмы обитают в настоящее время. В то же время безжизненные скопления органических веществ и других соединений, образовавшихся при участии живых организмов в прежние геологические эпохи (залежи каменного угля, нефти, горючих сланцев, рудные образования, известняки и т.д.), относят к так называемым былым биосферам.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу) – океаны, моря, поверхностные воды суши, террабиосферу – поверхность самой суши, а также литосферу (литобиосферу) – верхние горизонты твердой земной оболочки. В пределах биосферы выделяют две категории слоев: собственно биосферу, где живое вещество локализовано постоянно (эубиосферу), а также расположенные выше и ниже ее соответственно парабиосферу и метабиосферу. В эти слои живые организмы могут попадать лишь случайно. Общая протяженность эубиосферы по вертикали – 12-17 км, хотя у разных авторов эти оценки несколько варьируют.

Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является озоновый экран (или слой).

Озоновый экран (озоносфера) – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющий наибольшую плотность (концентрацию молекул) озона на высоте 22-26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7-8 км, у экватора – 17-18 км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана существование жизни без специальной защиты невозможно из-за жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Метабиосфера не опускается ниже 10-15 км, а нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне (или подвергавшиеся в прошлом) воздействию живых организмов. К биосфере, например, относятся некоторые полезные ископаемые, в частности каменный уголь – продукт фотосинтеза растений в прошлые геологические эпохи. С учетом протяженности всех названных слоев по вертикали общая мощность биосферы оценивается в 33-35 км.

Процессы, протекающие в биосфере и обеспечивающие ее функционирование как глобальной экосистемы, связаны с активным обменом веществом и энергией между ее компонентами. В этой связи важное значение имеют особенности физико-химической среды биосферы, такие как значительное содержание в ней жидкой воды, наличие многочисленных поверхностей раздела между твердыми, жидкими и газообразными фазами, и наконец,  мощный поток солнечной энергии, проходящий через биосферу.

 Роль биосферы (живого вещества) на Земле

  -   Захват и создание запасов солнечной энергии в процессе фотосинтеза

  -   Создание органического вещества и его перенос по планете

  -   Концентрация химических элементов

  -   Отложение органического вещества на длительный период (известняки, мел, каменный уголь, нефть, и так далее)

  -   Окислительно-восстановительная активность (анаэробные и аэробные организмы)

  -   Создание почвы и ее плодородного слоя

  -   Санитарно-очистительная функция (разложение мертвых органических остатков)

Концентрация химических элементов организмами

Химические элементы	Содержание химического элемента в атмосфере. литосфере и гидросфере, %	Содержание химического элемента в телах организмов, %
		Растения	Животные
Углерод	0,18	3,00	18,00
Азот	0,03	0,28	3,00
Кислород	50,02	79,00	65,00
Водород	0,95	10,00	10,00

Живое вещество – все количество живых организмов планеты как единое целое.

Ключевую роль во всех биосферных процессах играют живые организмы и сущность этих процессов раскрывается через функции живого вещества в биосфере, обусловленные его специфическими свойствами. К таким свойствам следует отнести способность быстро осваивать свободное пространство, способность к активному движению (против действующих сил), высокую приспособительную способность организмов к различным условиям, устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, феноменально высокие скорости биохимических реакций в живых организмах и высокую скорость обновления живого вещества в биотическом круговороте. Все эти свойства живого вещества проистекают из концентрации в нем больших запасов энергии.

Современная классификация функций живого вещества из которого состоит биосфера (по А.В.Лапо) выделяет десять основных функций.

1.   Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, и рассеиванием.

2.   Газовая функция проявляется в способности изменять и поддерживать определенных газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

3.   Окислительно-восстановительная функция выражается в интенсификации под влиянием живого вещества процессов окисления и восстановления.

4.   Концентрационная функция заключается в способности живых организмах концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, поглощаемые из среды.

5.   Противоположная по результатам рассеивающая функция проявляется через питательную и транспортную деятельность организмов.

6.   Деструктивная функция состоит в разрушении организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе после их смерти, как мертвого органического вещества, так и косных веществ.

7.   Транспортная функция выражается в переносе вещества в результате активной формы движения.

8.   Средообразующая функция является результатом совместного действия других функций и состоит в  преобразовании физико-химических параметров среды в условия, благоприятные для существования живых организмов.

9.   Средорегулирующая функция – исключительно точной биотической регуляцией окружающей среды. Она задается высокой степенью замкнутости биотического круговорота – равенством скоростей синтеза и распада органических веществ.

10.     Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

 Распределение живого вещества по планете

Показатель	Суша	Океан
Площадь	149 х 109 км2 (29%)	361 х 109 км2 (71%)
Биомасса	2420 х 109 т (99,87%)	3,2 х 109 т (0,13%)
Растения	99,2%	6,3%
Животные	0,8%	93,7%

Энергетическая функция – основа фотосинтез, отсюда обеспечение всех жизненных процессов на Земле

Газовая функция – формирование газового состава биосферы

Концентрационная функция – накопление и извлечение живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды, отсюда использование для построения тела

Окислительно-восстановительная функция – химическое превращение веществ

Деструкционная функция – разложение остатков мертвых организмов, отсюда превращение живого вещества в косное

Продуктивность различных экологических систем различна. Зависит от климатических факторов -> обеспеченности теплом и влагой.

  -   Низкая продуктивность – 0,1…0,5 г/м² в сутки характерна для зоны пустынь и для арктического пояса

  -   Средний уровень продуктивности – 0,5 … 3 г/м² в сутки характерен для тундры, лугов, полей и некоторых лесов умеренной зоны

  -   Высокий уровень продуктивности – более 3 г/м² в сутки характерен для экосистем тропических лесов, для пашни, морских мелководий.

Превращение энергии в биосфере - «Экология» под редакцией Денисова, страница 136, рисунок 5.2

Продуценты – производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы (наземные зеленые растения)

Консументы – потребители органических веществ

Редуценты (деструкторы) – восстановители. Возвращают вещества снова в неживую природу, разлагая органику.

Ссылка: biofile.ru/geo/107.html 3. Кругооборот веществ и энергии в биосфере Одной из основных характеристик географической оболочки яв­ляется трансформация веществ и энергии. Только в ней могут од­новременно существовать и взаимопроникать вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии;Компоненты географической оболочки никогда, даже на мгновение, не могут находиться в за­стывшем состоянии и без изменений и в них поглощается, преобра­зовывается, накапливается лучистая энергия Солнца и взаимодей­ствуют разнообразные процессы. Компоненты геосфер находятся в непрерывном движении, в непрерывной связи и взаимодействии.  Такое состояние обеспечивается постоянным обменом веществ и потоков энергии. Связи между компонентами, процессами и явле­ниями в географической оболочке многогранны и неограниченны. Например, есть тесная связь между сушей и поверхностью океа­нов, атмосферным воздухом и поверхностными водами, раститель­ным и животным миром, солнечной радиацией, поступающей на земную поверхность, и географическими зонами каждую секунду с поверхности Земли 18 млн. т воды поднимается в воздух в виде пара. Парообразная вода переносится воздушными течениями на десятки, сотни и тысячи км, выпадает в виде дождя на поверх­ность континентов и океанов. Чтобы 1 г воды превратить в пар, требуется 539 калорий энергии.  А когда этот пар превращается опять в капельно-жидкую воду, столько же энергии выделяется в атмосферу. Дождевая вода разрушает горные породы. Разрушен­ные, измельченные горные породы, превращаясь в почву, создают условия для произрастания растительности Выпавшие на поверх­ность Земли атмосферные осадки формируют сток; он, стекая по земной поверхности, смывает растворимые соли, мельчайшие час­тицы почвы, и все это вместе с водой выносится в океаны и моря. Такой непрерывно протекающий естественный процесс продолжа­ется из глубин геологической истории Земли до наших дней и будет продолжаться. Круговороты в природе процесс единый, но по месту проявления, продолжительности, охвату компонентов при­роды и другим характеристикам делятся на определенные ряды. Геологический круговорот или круговорот горных пород - одно из звеньев общего природного, общепланетного круговорота. Этот круговорот при внимательном рассмотрении самый сложный и са­мый грандиозный. Магма из глубин Земли с большой силой прони­кает в земную кору, и здесь из магмы образуются группы кристал­лических пород. Под влиянием внешних сил эти горные породы выветриваются, разрушаются. Рыхлые, разрушенные горные поро­ды сносятся; пониженные поверхности, впадины Земли, океани­ческое дно создают осадочные горные породы. Осадочные породы, постепенно уплотняясь, погружаются еще глубже и доходят до слоя высоких температур и больших давлений. В результате чего осадочные породы метаморфизируются, проникая до верхней ман­тии, и опять превращаются в магму. Это упрощенная схема круго­ворота горных пород. Полный цикл круговорота горных пород очень продолжителен, длится он сотни миллионов лет, поэтому для на­блюдения за полным его циклом недостаточна даже вся история человечества. Атмосферная циркуляция также одно из звеньев общего пла­нетного круговорота основными причинами атмосферной цирку­ляции являются разность температур между экваториальной и по­лярными областями и меридиональное перемещение воздушных масс. Такое перемещение воздушных масс называется "тепловой маши­ной" первого разряда. "Тепловой машиной" второго разряда назы­вается теплообмен между материками и океанами, осуществляе­мый воздушными потоками? Мощность "тепловой машины" второ­го разряда несколько слабее, ее направление меняется в течение года- Механизмы "нагревателя" и "охладителя" зависят от бари­ческого рельефа (циклон и антициклон), то есть от формирования центров высокого и низкого давления. Взаимодействуя, они по­рождают воздушные потоки. Воздушные массы, перемещаясь из одного района земной поверхности в другой, создают систему цир­куляционных областей. Атмосферная циркуляция обеспечивает перемещение влаги, мелкодисперсных пылеватых частиц, подня­тых в воздух, и химических элементов, оказавшихся в атмосфере. Атмосферная циркуляция - активное звено общего круговорота в природе. Круговорот воды - очень важное звено в круговороте природы. Благодаря этому круговороту совершаются многие процессы и яв­ления на поверхности Земли, в том числе жизнеобеспечение жи­вых организмов. ЧС океанов и морей испаряется огромное количе­ство воды, перемещаясь воздушными потоками на сотни и тысячи км, она конденсируется и выпадаетв виде дождя, снега и т.д. Если , осадки выпали обратно на поверхность океанов и морей, значит, завершился малый круговорот водыЛКруг замкнулся в одном из звеньев общего круговорота воды./Если атмосферные осадки выпа­ли на поверхность суши, то за счет них образуются реки, озера, ледники, подземные воды, болота и т.д. Талые воды ледников, снега, подземные воды, а также выпадающие дождевые воды образуют реки. Те, в свою очередь, впадают в моря и океаны. Замкнул­ся следующий круг, который называется большим круговоротом воды большого круговорота воды очень сложен и делится на ряд звеньев. Например, влагооборот внутри материков, биологи­ческие и атмосферные звенья круговорота воды, составляющие еди­ную систему. Объем воды, ежегодно участвующий в круговороте, 577 км3. В процессе круговорота атмосферная влага в год обновля­ется 40 раз, речные воды - 19-20 раз. Круговорот воды в природе способствует интенсивности других круговоротов, переносит вещества с одного места на другое, в ос­новном в направлении океанов, морей; вместе с водой и другими веществами идут потоки энергии. Одним из важных звеньев общего круговорота веществ и энер­гии является циркуляция океанических вод. Основными силами, обеспечивающими циркуляцию океанических вод, являются вет­ры - результат сложнейших взаимодействий океана и атмосферы,) Дующие круглый год в одном направлении с востока на запад вдоль экватора пассатные ветры порождают морские течения. В результате происходит нагонное смещение воды у восточных побе­режий материков. Нагонные воды, не имея возможности сохра­нить прежнее направление, отклоняются к северу от экватора впра­во, по часовой стрелке, к югу - влево, против часовой стрелки. Постоянно отклоняясь в том же направлении, эти морские тече­ния создают в каждом океане (кроме Северного Ледовитого) ги­гантские круги в виде водоворотов. Таких "водоворотов" - по два в Атлантическом и Тихом океанах и один в Индийском океане. Об­разованию северного пассатного течения в Индийском океане "ме­шает" Индостанский полуостров. Кроме этих основных циркуля­ционных течений, в океанах формируются второстепенные течения за счет температурных, плотностных, барических факторов и вре­менных ветровых явлений, имеющих разное направление. Под влиянием циркуляции океанических вод обеспечивается перемешивание воды, равномерное распределение тепла, энергооб­мен между океаном и атмосферой, проникновение тепла в глубины океанических вод и действие многих других процессов? В результа­те циркуляции вод океанов формируется климат материков. По­ступающую на земную поверхность в экваториальной части энер­гию солнечной радиации океанические течения выносят в высокие широты, тем самым предохраняя от чрезмерного нагревания воды в этой части планеты и чрезмерного охлаждения воды в умеренных и полярных широтах. Юкеанические течения иногда называются "отопительной системой" нашей планеты. Иначе говоря, циркуляция вод в Мировом океане способствует развитию и сохранению жизни на Земле, являясь одной из причин ее возникновения на нашей планете. Биологический круговорот - важнейшее звено круговоротов в природе. Он включает в себя многие минеральные вещества, хими­ческие элементы, воду и обеспечивает стабильное развитие биосфе­ры и постоянное возобновление биомассы Земли. Жизнь на земной поверхности стабильно развивается на основе биогеохимических круговоротов путем создания органических веществ, накопления в них энергии, обеспечения других живых организмов растительной пищей, отмирания и разложения остатков органических веществ до минерального состояния с выделением свободной энергии. Биологический круговорот протекает следующим образом: 1) в зеленых растениях при участии лучистой энергии Солнца происхо­дит процесс фотосинтеза; в результате биохимической реакции в листьях растений вода разлагается на составляющие: водород (Н) участвует в создании органических веществ, а кислород (О) выде­ляется в атмосферу; 2) после окончания жизненного цикла остат­ки растений и животных под действием микроорганизмов разлага­ются до простейших химических соединений - углекислого газа (С02), воды (Н20), аммиака (NH3) и др.; 3) минеральные вещества, газы и вода, образующиеся после полного разложения органичес­ких веществ, готовы к следующему циклу биологического кругово­рота - растения опять захватывают их, процесс продолжается. Иначе говоря, некоторые группы химических элементов многократно участвуют в этом процессе. Источником энергии, обеспечивающим процесс биологического круговорота, служат солнечные лучи. На­копленная в процессе фотосинтеза в органических веществах энер­гия переходит по трофической цепи в другие организмы, обеспечи­вая их жизнедеятельность. А когда организмы отмирают и разла­гаются, освобожденная энергия рассеивается в окружающей среде. Интенсивностью биологического круговорота определяются важ­ные особенности миграции, т.е. перемещения химических элемен­тов в географической оболочке, характер взаимосвязей между ат­мосферой, гидросферой и литосферой, богатство и разнообразие живых организмов и биомассы - ежегодной продукции биосферы. Ссылка: central-asians.ru/ekologiya-i.../84-krugovoroty-veschestv.html 4. Круговорот углерода, кислорода, азота в биосфере КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В

морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по

весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая

концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря

процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием

солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород.

Главная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество

молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5* 1015 m, что

составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. В

жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его

соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в

процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров,

углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме,

например, содержится около 65% кислорода. Большинство организмов получают

энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления

тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в

результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом,

выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные

выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают

круговорот на значительных территориях. Наряду с этим, мощным источником

кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в

верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Таким

образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода,

поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот

элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды.

Круговорот воды (H2O) заключается в испарении воды с поверхности суши и

моря, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и

последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана.

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА

Углерод по распространенности на Земле занимает шестнадцатое место

среди всех элементов и составляет приблизительно 0,027% массы земной коры.

В несвязанном состоянии он встречается в виде алмазов (наибольшие

месторождения в Южной Африке и Бразилии) и графита (наибольшие

месторождения в ФРГ, Шри-Ланка и СССР). Каменный уголь содержит до 90%

углерода. В связанном состоянии углерод входит также в разные горючие

ископаемые, в карбонатные минералы, например кальцит и доломит, а также в

состав всех биологических веществ. В форме доксида углерода он входит в

состав земной атмосферы, в которой на его долю приходится 0,046% массы.

Углерод имеет исключительное значение для живого вещества (живым

веществом в геологии называют совокупность всех организмов, населяющих

Землю). Из углерода в биосфере создаются миллионы органических соединений.

Углекислота из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными

растениями, ассимилируется и превращается в разнообразные органические

соединения растений. Растительные организмы, особенно низшие

микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря исключительной скорости

размножения, продуцируют в год около 1,5*1011m углерода в виде органической

массы. Растения частично поедаются животными (при этом образуются пищевые

цепи). В конечном счете, органическая масса в результате дыхания, гниения и

горения превращается в углекислый газ или отлагается в виде сапропеля,

гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало многим другим

соединениям – каменным углям, нефти. В процессах распада органических

веществ, их минерализации, огромную роль играют бактерии (например,

гнилостные), а также многие грибы (например, плесневые). В активном

круговороте углекислый газ ( живое вещество участвует очень небольшая часть

всей массы углерода. Огромное количество углекислоты законсервировано в

виде ископаемых известняков и других пород.

Между углекислым газом атмосферы и водой океана существует подвижное

равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а

затем из них образуются пласты известняков. Атмосфера пополняется

углекислым газом благодаря процессам разложения органических веществ,

карбонатов и т.д. Особенно мощным источником являются вулканы, газы которых

состоят главным образом из паров воды и углекислого газа.

КРУГОВОРОТ АЗОТА

Азот входит в состав земной атмосферы в несвязанном виде в форме

двухатомных молекул. Приблизительно 78% всего объема атмосферы приходится

на долю азота. Кроме того, азот входит в состав растений и животных

организмов в форме белков. Растения синтезируют белки, используя нитраты из

почвы. Нитраты образуются там из атмосферного азота и аммонийных

соединений, имеющихся в почве. Процесс превращения атмосферного азота в

форму, усвояемую растениями и животными, называется связыванием (или

фиксацией) азота.

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в

них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве

нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя,

вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом

кальция СаСОз, образует нитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в

атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических

веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют

бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород

от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих

денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной

для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный

азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших

растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в

свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы

привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не

существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам

относятся, прежде всего, происходящие в атмосфере электрические разряды,

при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние

с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим

источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность

так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот.

Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства

бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они

и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот,

клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения,

в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота.

Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части

растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения,

возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений. В основном

используются нитрат кальция Ca(NO3)2, нитрат аммония NH4NO3, нитрат натрия

NANO3, и нитрат калия KNO3. Например, в Таиланде используются листья

лейкаены как органическое удобрение. Лейкаена принадлежит к бобовым

растениям и, как и все они, содержит очень много азота. Поэтому ее можно

использовать вместо химического удобрения.

В последнее время наблюдается повышения содержания нитратов в питьевой

воде, главным образом за счет усилившегося использования искусственных

азотных удобрений в сельском хозяйстве. Хотя сами нитраты не так уж опасны

для взрослых людей, в организме человека они могут превращаться в нитриты.

Кроме того, нитраты и нитриты используются для обработки и консервирования

многих пищевых продуктов, в том числе ветчины, бекона, солонины, а также

некоторых сортов сыра и рыбы. Отдельные ученые полагают, что в организме

человека нитраты могут превращаться в нитрозамины :

Известно, что нитрозамины способны вызывать онкологические

заболевания у животных. Большинство из нас уже подвержено воздействию

нитрозаминов, которые в небольшом количестве находятся в загрязненном

воздухе, сигаретном дыму и некоторых пестицидах. Полагают, что нитрозамины

могут быть причиной 70-90% случаев онкологических заболеваний,

возникновение которых приписывают действию факторов окружающей среды. Ссылка: lib.repetitors.eu › Правовая информация

5.Влияние антропогенных факторов на кругооборот веществ и энергии в биосфере

Человек и природа неотделимы друг от друга и тесно взаимосвязаны. Для человека, как и для общества в целом, природа является средой жизни и единственным источником необходимых для существования ресурсов. Природа и природные ресурсы — база, на которой живет и развивается человеческое общество, первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей людей. Человек – часть природы и как живое существо своей элементарной жизнедеятельностью оказывает ощутимое влияние на природную среду.

Преобразующее влияние человека на природу неизбежно. Вносимые его хозяйственной деятельностью изменения в природу усиливаются по мере развития производительных сил и увеличения массы веществ, вовлекаемых в хозяйственный оборот.

Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от чисто геологических процессов биогеохимические циклы с участием живого вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и количество вовлеченного в оборот вещества.

С появлением и развитием человечества процесс эволюции заметно видоизменился. На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ, истреблению отдельных видов животных. По мере развития цивилизации, особенно после промышленной революции конца средних веков, человечество овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы вещества.

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX веке в результате очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики, машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. В.И.Вернадский писал: "Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли". Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия антропогенной (предпринимаемой человеком) деятельности проявляется в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия человека на окружающую среду. При современном уровне развития производительных сил деятельность человеческого общества сказывается на биосфере в целом. 

Цель данной работы — исследование основных факторов влияния человеческой деятельности на состояние природной среды. В процессе работы над рефератом будут  изложены основные проблемы, решаемые человечеством в ходе его воздействия на биосферу. При подготовке  работы были использованы учебники по экологии, а также материалы научных конференций, пособия для учащихся.

1. Общая характеристика загрязнения природной среды

Появление в природной среде новых компонентов, вызванное деятельностью человека или какими-либо грандиозными природными явлениями (например, вулканической деятельностью), характеризуют термином загрязненность. В общем виде загрязненность — это наличие в окружающей среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или их отдельных элементов и снижающих качество среды с точки зрения проживания человека или ведения им хозяйственной деятельности. Этим термином характеризуются все тела, вещества, явления, процессы, которые в данном месте, но не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, появляются в окружающей среде и могут выводить ее системы из состояния равновесия.

Экологическое действие загрязняющих агентов может проявляться по-разному; оно может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на организменном уровне, либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосф­еру в целом.

На организменном уровне может происходить нарушение  отдельных физиологические функций организмов, изменение их поведения, снижение темпов роста и развития, снижение устойчивости к воздействиям иных неблагопри­ятных факторов внешней среды.

На уровне популяций загрязнение может вызывать из­менение их численности и биомассы, рождаемости, смерт­ности, изменения структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств.

На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообществ. Одни и те же загрязняю­щие вещества по-разному влияют на разные компоненты сообществ. Соответственно меняются количественные соот­ношения в биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления других. Изменяется пространст­венная структура сообществ, цепи разложения (детритные) начинают преобладать над пастбищными, отмирание — над продукцией. В конечном счете происходит деградация экосистем, ухудшение их как элементов среды человека, снижение положительной роли в формировании биосферы, обесценение в хозяйственном отношении.

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естествен­ных причин — извержения вулканов, землетрясений, ка­тастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное за­грязнение — результат деятельности человека.

В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосхо­дит мощность естественных. Так, природные источни­ки окиси азота выбрасывают 30 млн.т. азота в год, а антропогенные — 35-50 млн. т.; двуокиси серы, соот­ветственно, около 30 млн.т. и более 150 млн.т. В резуль­тате деятельности человека свинца попадает в биосфе­ру почти в 10 раз больше, чем в процессе природных загрязнений.

Загрязняющие вещества, возникшие в результате хо­зяйственной деятельности человека, и их влияние на среду очень разнообразны. К ним относятся: соединения углеро­да, серы, азота, тяжелые металлы, различные органичес­кие вещества, искусственно созданные материалы, радио­активные элементы и многое другое.

Так, по оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает около 10 млн.т. нефти. Нефть на воде образует тонкую пленку, препятствующую газообмену между водой и возду­хом. Оседая на дно, нефть попадает в донные отложения, где нарушает естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов. Кроме нефти, зна­чительно возрос выброс в океан бытовых и промышленных сточных вод, содержащих, в частности, такие опасные за­грязнители, как свинец, ртуть, мышьяк, обладающие силь­ным токсическим действием. Фоновые концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в десятки раз.

Каждый загрязнитель оказывает определенное отрица­тельное воздействие на природу, поэтому их поступление в окружающую среду должно строго контролироваться. Законодательство устанавливает для каждого загрязняю­щего вещества предельно допустимый сброс (ПДС) и пре­дельно допустимую концентрацию (ПД К) его в природной среде.

Предельно допустимый сброс (ПДС) — это масса за­грязняющего вещества, выбрасываемого отдельными ис­точниками за единицу времени, превышение которой при­водит к неблагоприятным последствиям в окружающей среде или опасно для здоровья человека. Предельно допус­тимая концентрация (ПДК) понимается как количество вредного вещества в окружающей среде, которое не оказы­вает отрицательного воздействия на здоровье человека или его потомство при постоянном или временном контакте с ним. В настоящее время при определении ПДК учитывает­ся не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие их на животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природное сообщество в целом.

Специальные службы мониторинга (наблюдения) окру­жающей среды осуществляют контроль за соблюдением ус­тановленных нормативов ПДС и ПДК вредных веществ. Такие службы созданы во всех районах страны. Особенно важна их роль в крупных городах, вблизи химических про­изводств, атомных электростанций и других промышлен­ных объектов. Службы мониторинга имеют право приме­нять предусмотренные законом меры, вплоть до приостановки производства и любых работ, если нарушаются нормы охраны окружающей среды.

Кроме загрязнения среды, антропогенное воздействие выражается в истощении природных ресурсов биосферы. Огромные масштабы использования природных ресурсов привели к значительному изменению ландшафтов в некото­рых регионах (например, в угольных бассейнах). Если на заре цивилизации человек использовал для своих нужд всего около 20 химических элементов, в начале XX вт­екало 60, то сейчас более 100 — почти всю таблицу Менде­леева. Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд т руды, топлива, минеральных удобрений.

Быстрый рост потребностей в топливе, металлах, мине­ральном сырье и их добыче привели к истощению этих ресурсов. Так, по оценкам специалистов, при сохранении современных темпов добычи и потребления разведанные запасы нефти будут исчерпаны уже через 30 лет, газа — через 50 лет, угля — через 200. Аналогичная ситуация сло­жилась не только с энергетическими ресурсами, но и с металлами (истощение запасов алюминия ожидается через 500-600 лет, железа — 250 лет, цинка — 25 лет, свин­ца — 20 лет) и минеральными ресурсами, как, например, асбест, слюда, графит, сера.

Вот далеко не полная картина экологической ситуации на нашей планете в настоящее время. Даже отдельные ус­пехи природоохранной деятельности не могут заметным об­разом изменить общий ход процесса пагубного влияния цивилизации на состояние биосферы.

Ссылка: referati-besplatno.ru/vliyanie-antropogennyx-faktorov-na-ekologich...