лек9

ЛЕКЦІЯ 10

ФАКТОРИ, ЩО ЛІМІТУЮТЬ РОЗВИТОК ЛЮДСТВА

демографічний вибух

виснаження природних ресурсів

забруднення середовища існування

КОНЦЕПЦІЇ СТАБІЛІЗАЦІЇ ЧИСЕЛЬНОСТІ НАСЕЛЕННЯ

демографічний максималізм – чим більше населення, тим краще (1950 – 1960 рр., Китай)

демографічний утопізм – вихід через заселення космосу, океану

демографічний фіналізм – загибель людства через вичерпання ресурсів

демографічний фаталізм – механізми біологічного

саморегулювання

ОСОБЛИВОСТІ АНТРОПОГЕННОЇ ДІЇ НА БІОТУ

нелінійність дозового ефекту різних речовин або випромінювань на біологічні системи (дія малих доз найчастіше є дуже сильною). для мутагенів і канцерогенів немає безпечних доз

наявність кумулятивного ефекту – накопичення несприятливого впливу на організм

сінергічна або сумісна дія

наявність генотипових, імунологічних і індивідуальних відмінностей в чутливості до них чи інших впливів

тригерна дія – забруднення може викликати цепну реакцію,

починаючи з одного найбільш чутливого виду

СПЕЦИФІКА ДІЇ АНТРОПОГЕННИХ ФАКТОРІВ

нерегулярність дії та непередбачуваність

необмежені можливості дії на організми

діють як специфічні (модифікуючі) фактори

шкода, спрямована на саму людину

створення групи соціальних факторів, що є середовищем для

самої людини

Забруднення атмосфери

1. Пил та аерозолі.

Пил тверді частинки >2 мкм, Аерозолі – 01-0,001 мкм – поводять себе як газові компоненти повітря. Часто аерозолями називають тільки дрібні краплі рідини, у той час як тверді частинки називають тонким пилом. Проте за таких розмірів чітка межа між твердим і рідким є відсутню.

В екологічному плані найбільш небезпечними є частинки, розміром 5

мкм, оскільки вони не затримуються дихальним апаратом тварин, слабо вимиваються атмосферними опадами з повітря.

1.1. Джерела пилу та аерозолів.

► Природні джерела:

Морська вода (бризки), грунт при видуванні вітром, зола та пил під час вулканічних вивержень, дим – пожежі, утворення аерозолів в результаті атмосферних хімічних реакцій (нітрати, сульфати), квітковий пилок,

космічний пил.

► Антропогенні джерела:

Промислові викиди (зола, дим, хімічні реакції між забруднювачами – сульфати)

Пил та пісок в результаті руйнування поверхневого шару грунту.

Загальна кількість пилу та аерозолів 2000 мегатонн на рік. З них природні джерела дають до 80% (наприклад щорічний винос пилу з Сахари – 100-400

Мт). Проте, за рахунок слабкої міграційної здатності пил та аерозолі створюють локальні та регіональні екологічні проблеми.

Екологічне значення.

► Вплив на тепловий режим атмосфери.

Атмосферний пил та аерозолі поглинають сонячне випромінювання і здатні змінювати температуру окремих атмосферних шарів.

Частинки >1 мкм інтенсивно поглинають інфрачервоне та видиме випромінювання, внаслідок чого відбувається розігрів відповідного шару повітря, але поверхня землі охолоджується. Частинки 1,0-0,4 мкм розсіюють світло, не призводячи до розігріву повітря, проте зменшують прогрів поверхні Землі. Частинки <0,4 мкм практично не поглинають інфрачервоне та видиме світло, однак можуть поглинати ультрафіолетове випромінювання.

У тропосфері переважають частинки порядку 1 мкм, які переважно розсіюють світло і не нагрівають повітря. Сучасні показники запиленості тропосфери призводять до зниження температури земної поверхні на 1,5 оС.

Для порівняння, хмари знижують температуру поверхні на 15 оС.

► Фізіологічна дія на людину і тварин.

1. Пневмоконіоз – силікоз, антракоз, азбестоз.

2. Токсичний вплив пилоподібних сполук важких металів (ZnO, Pb3O4, Сd, Be).

3. Алергічні реакції

► Фізіологічна дія на рослини

1.Зменшення надходження світла до паренхіми листка – відбиття світла у діапазоні 400-750 нм.

2.Перешкоджання газообміну в процесі утворення твердих осадів на поверхні листків (наприклад, СaSO4).

3.Дегідратація тканин листка, їх руйнування (Ca(OH)2; CaOSiO2).

2. Гази.

Газоподібні забруднювачі, на відміну від пилу та аерозолів, мають значний вплив не лише на температурний режим різних шарів атмосфери,

але й можуть становити безпосередню небезпеку для живих організмів як токсичні сполуки.

Основними джерелами антропогенного впливу на газовий склад атмосфери є: теплоенергетика, транспорт (з ДВС), металургія.

2.1. Вуглекислий газ (СО2)

Вуглекислий газ атмосфери займає центральне місце у Земному кругообігу вуглецю. Незважаючи на те, що в атмосфері міститься лише

0,046% загальної кількості вуглецю на Землі, ця частина є найбільш динамічною. Зокрема, саме процеси поглинання атмосферного вуглецю

(переважно СО2) океанічними екосистемами призвели до утворення потужних відкладів вапняків та доломітів.

Час існування молекули СО2 в атмосфері достатньо тривалий – 2-4

роки. Як результат, інтенсивне надходження цього газу протягом індустріальної епохи призвело до зростання його вмісту у тропосфері.

Протягом останніх 10 тис. років до 1750 р. вміст СО2 складав 0,028%.

Тривалий час вважали, що вміст СО2 в атмосфері є незмінним.

Дослідженнями Чарльза Кілінга в Антарктиді та Гавайях було показано щорічне зростання вмісту цього газу, яке виявилось пропорційним кількості видобутого викопного палива. З 2009 року щорічний приріст СО2 складає

0,0002%. У 2012 р. концентрація СО2 перевищила відмітку 0,390%. За прогнозами у 2025 г. - до його вміст досягне 0,052%, у 2050г. – 0,075%.

Антропогенні джерела вуглекислого газу.

1.Спалювання викопного палива.

2.Вирубка лісів та використання деревини.

3.Руйнування гумусу ґрунтів (особливо інтенсивно під «чорним

паром»).

4.Осушування боліт

Наслідки зростання концентрації СО2 у тропосфері.

Зважаючи на те, що СО2 є фізіологічно важливим газом, майже 2-

кратне зростання його вмісту у атмосфері повинно відобразитися на функціонуванні природних біосистем.

1. Підвищення інтенсивності продуктивності наземних рослин завдяки інтенсифікації фотосинтезу.

2.Підвищення кількості фітопланктону в океанах та морях –

«цвітіння» води.

3.Зростання парникового ефекту.

2.2. Сірчаний газ.

Природні джерела:

1.Вулканічна діяльність.

2.Пожежі (лісові, торфові, вугільні).

3.Мікробіологічні процеси окислення сірки.

4.Морські бризки та піна.

Сумарний обсяг – 20 млн.т./рік.

Антропогенні джерела:

1.Використання сірковмісного палива (вугілля, нафта).

2.Переробка сульфідних руд (поліметалічні Ni, Со, Cu, Zn, Pb, Мо, Bi, Sb и Hg)

3.Хімічні процеси (синтез сірчаної кислоти, сульфокислот).

Сумарний обсяг – 150 млн.т/рік.

Час існування у атмосфері – 2 тижні.

Вилучення сірчаного газу з атмосфери:

1.Вимивання атмосферними опадами.

2.Сухе осадження (поглинання поверхнею Землі)

3.Зв'язування з вапняковим або лужними пилом.

Фізіологічна дія на людину і тварин.

При перевищенні порогу 0,5 мг/м3 сірчаний газ призводить до відчутного подразнення слизових оболонок очей та верхніх дихальних шляхів. Сірчаний газ легко окислюється на слизових оболонка альвеол до сірчаної кислоти, Яка пошкоджує сурфактант, легко проникає у кров,

знижуючи рН плазми та сечі.

2.3. Оксиди азоту.

Природні джерела:

1. Вулканічна діяльність.

2.Електричні розряди.

3.Мікробіологічне розкладання органічних решток.

4.Пожежі (лісові, торфові, вугільні).

Сумарний обсяг – 700 млн.т./рік.

Антропогенні джерела:

1.Двигуни внутрішнього горіння.

2.Теплоелекторстанції

3.Газові пальники.

4.Хімічна промисловість (азотна кислота, фарбники, лаки та фарби)

5.Вибухи (ядерні та неядерні).

Сумарний обсяг – 53 млн.т/рік.

Час існування у атмосфері – кілька днів.

Фізіологічна дія на людину і тварин.

Легко дифундує у кров’яне русло і зв’язується з гемоглобіном утворюючи метгемоглобін. При цьому Fe2+ не обернено переходить у F3+ і

втрачає здатність зв’язувати кисень. Високі концентрації оксидів азоту руйнують стінки капілярів, призводячи до набряку легень.

2.4. Озон.

Озон – звичайний компонент атмосферного повітря, який характеризується нестійкістю. Самовільно перетворюється протягом кількох хвилин на О2:

3O2 + 68 ккал/моль (285 кДж/моль) 2O3.

Крім того, озон є надзвичайно сильним окисником, і тому легко взаємодіє з більшістю органічних речовин та металів.

Шляхів утворення озону в атмосфері багато. Чітких антропогенних джерел не має, проте людська діяльність опосередковано впливає на процеси формування та руйнування озону.

Джерела озону:

1.Електричні розряди.

2.Фотохімічні реакції.

3. Реакції кисню з оксидами азоту.

Екологічна роль озону залежить від місця його утворення

1.Біля поверхні землі озон виступає як чинник формування фотохімічного смогу.

2.У середніх шарах атмосфери озон інтенсивно окислює оксиди азоту та сірчаний газ, перетворюючи їх на кислоти з наступним вимивом атмосферними опадами. В результаті ці гази не надходять до стратосфери.

3.У тропосфері озон інтенсивно поглинає інфрачервоні промені,

сприяючи розігріву повітря. Крім того, руйнування молекули озону призводить до вивільнення тепла.

4.У стратосфері озон інтенсивно поглинає жорсткий ультрафіолет довжиною 285-233 нм.

Екологічні проблеми гідросфери.

1. Дефіцит води як такої.

Вода – найбільш важливий і широко вживаний ресурс.

Антропогенний водозабір всіх джерел світу оцінюється у 4 тис. м3/рік.

Обсяги інших природних ресурсів, таких як вугілля або нафта, на три порядки менше.

Вода – локальний ресурс. Вода є складним ресурсом, який важко транспортувати. Тому його видобування, використання та утилізація відбувається поблизу від місця споживання. Водні ресурси розподілені нерівномірно. У Європі та Азії, де проживає понад 70% населення світу,

зосереджено лише 39% прісної води. Росія за ресурсами займає провідне місце у світі: оз.Байкал містить 1/5 всіх світових запасів прісної води.

Україна за запасами прісної води посідає 87 місце поряд з Суданом та Іраком.

Причому, кількість доступної води розподілена нерівномірно: у південних областях кількість води на особу втричі менше, ніж на північному заходів.

Лише 7% орних земель зволожується у достатній мірі.

Конкуренція за водні ресурси у майбутньому може призвести до міжнародних конфліктів. Наприклад, конфлікт між Єгиптом та Суданом,

Ефіопією, Угандою, Танзанією и Руандою.

2. Зарегулювання стоку.

Якщо у певному регіоні потреби у водних ресурсах починають перевищувати величину річкового стоку, а інших джерел прісної води немає,

застосовують регулювання річкового стоку. Зарегулювання стоку проводять шляхом будівництва гребель, які штучно регулюють кількість води, яка пропускається нижче. Найдавніші греблі відомі у Єгипті за 3 тис. років до н.е. Як результат, більшість річок у світі має зарегульований стік: Дніпро – 6,

Волга – 11, у басейні р.Колумбія (США) – 160 гребель. Всього в Україні 1087

водосховищ.

Екологічні наслідки зарегулювання:

1. Затримка завішених мінеральних речовин – замулення

водосховища.

Як результат, водосховища не вічні. Час існування водосховища обмежений процесами заповнення ложа водосховища річковими наносами. В результаті водосховища на рівнинних річках мають проектний час експлуатації від 100-120 до 500 років.

2. Зміна стоку біогенних речовин.

Як наслідок, відбувається розростання вищої водної рослинності.

Площа водного дзеркала водосховища зменшується, прогресує замулення,

виникають заморні явища внаслідок дефіциту кисню.

3. Перешкоджання проходу мігруючих видів гідробіонтів.

В результаті зникають анадромні види риб (нерест у прісних

водоймах, нагул – у морях).

4.Зникнення нерестовищ.

5.Підвищення ерозії берегів.

6.Забруднення.

7.Збільшення випаровування.

8.Зміна гідрохімічних характеристик (макрота мікроелементів)

9.Вселення нових видів гідробіонтів – зміна гідробіоценозів..

3. Евторфікація водних екосистем.

Евторофікація – (з гр. добре живлення) збагачення водної екосистеми речовинами, які знаходяться у дефіциті, що призводить до збільшення її первинної продукції. Евтрофікація може бути як природною

(старіння водойм), так і антропогенною. Основні хімічні елементи, які сприяють евторфікації – фосфор, азот, залізо (для морських).

В результаті інтенсивно розвиваються автотрофні організм з вираженою r-стратегією. Вони швидко заповнюють весь можливий життєвий простір, виснажують наявний ресурс, виділяють у воду токсичні метаболіти.

Розвиток консументів та руде центів відстає. Внаслідок цього відбувається швидке відмирання продуцентів, їх розкладання, що призводить до замулювання та зворотного збагачення води біогенними речовинам. Як результат, евтрофікація циклічний процес, що може повторюватися після припинення надходження відповідних речовин.

4. Забруднення.

Найбільш актуальною проблемою сьогодення є забруднення води – перш за все прісних. Дефіцит прісної води, наявної у людства, ускладнюється зниженням її якості, що не дозволяє її застосовувати для фізіологічних потреб та технологічних процесів.

4.1. Органічне забруднення.

Органічні речовини, які потрапляють до водойм можуть бути як природного, антропогенного так і змішаного походження. За здатністю до мікробіологічного руйнування їх поділяють на нестійкі та стійкі органічні

забруднювачі.

4.1.1. Нестійкі органічні забруднювачі.

Нестійкі органічні забруднювачі руйнуються аеробними або анаеробними мікроорганізмами. Найбільш екологічно важливим є аеробний шлях, оскільки розкладення забруднювачів в ідеалі відбувається до CO2, H2O, а також нітратів, фосфатів, сульфатів. Вивільнені нітрати та фосфати відіграють важливу роль для підтримання розвитку продуцентів у гідробіоценозі. При їх надлишку можуть розвинутися процеси евтрофування водойми.

При надлишку нестійких органічних забруднювачів та інтенсивному аеробному мікробіологічному розкладенні а запаси кисню у воді швидко вичерпуються. В результаті цього починають переважати анаеробні мікробіологічні процеси. В результаті анаеробного розкладу утворюються продукти зброджування: CH4, NH3, H2S. В результаті пригнічується розвиток аеробної мікрофлори. Гинуть більшість гідробіонтів.

4.1.2.. Стійкі органічні забруднювачі (СОЗ).

Стійкі органічні забруднювачі характеризуються токсичними властивостями, які проявляються навіть при незначній кількості у воді,

виявляють стійкість до мікробіологічного розкладення, характеризуються біоакумуляційними властивостями, для них властивий транскордонний перенос по повітрю, воді та мігруючими організмами. Вони накопичуються в екосистемах суходолу, і, особливо, водних біоценозах.

Токсичний вплив проявляється у порушеннях репродуктивної,

гормональної та імунної систем, характеризуються тератогенною,

мутагенною та онкогенною дією.

Найважливішими СОЗ визнано 12 речовин за Стокгольмською конвенцією про стійкі органічні забруднювачі 2001 р. (у 2009 р. додано ще 9).

1.Дихлор-дифеніл-трихлоретан (ДДТ)

2.Алдрін

3.Діелдрин

4.Ендрін