Введение - Экология конспект лекций
Федеральное агентство по образованию
Московский Государственный Строительный Университет
Авторы: А.С. Маршалкович, М.И. Афонина, Т.А. Алешина.
ЭКОЛОГИЯ - Конспект лекций.
Москва 2009
Московский Государственный Строительный Университет
Авторы: А.С. Маршалкович, М.И. Афонина, Т.А. Алешина.
ЭКОЛОГИЯ - Конспект лекций.
Москва 2009
Введение.
Тема 1. Учение о биосфере и ее эволюции.
Тема 2. Основные законы и принципы экологии.
- Абиотические факторы воздушно-наземной среды.
- Абиотические факторы почвенного покрова.
- Абиотические факторы водной среды.
- Биотические факторы.
- Некоторые законы и понятия экологии.
- Закон ограниченности природных ресурсов. (правило одного процента)
- Понятие об экологической нише.
- Правило обязательного заполнения экологических ниш.
- Адаптация живых организмов к экологическим факторам.
- Популяция, ее структура и динамика.
- Структура водной и наземной экосистем.
- Гомеостаз и сукцессия экологической системы.
- Законы термодинамики.
- Антропогенные воздействия на экосистемы.
- Круговорот воды.
- Эвтрофикация и меры борьбы с нею.
- Атмосферные процессы.
- Кислотные осадки.
- Круговорот углерода. «Парниковый» эффект
- Разрушение озонового экрана.
- Круговорот азота.
- Круговорот серы.
- Круговорот фосфора.
- Круговорот радионуклидов.
- Круговорот токсичных элементов.
- Глобальные экологические проблемы.
- Загрязнения окружающей среды.
- Загрязнение гидросферы.
- Экологическая надежность и безопасность.
Список использованной литературы.
ВВЕДЕНИЕ.
Дисциплина «Экология» является одной из важных общенаучных дисциплин, предусмотренных учебными планами подготовки специалистов технических ВУЗов. Экологическое направление получило развитие в последние десятилетия с ростом промышленного производства, увеличением численности населения, резким усилением темпов урбанизации и небывалым ранее потреблением природных ресурсов.
Хотя еще в XVII веке человек жил в мире, который с точки зрения количества энергии, приходящейся на душу населения, мало отличался от доисторических времен. Лишь в 18-м веке была изобретена паровая машина; Уатт (и независимо от него Ползунов) с помощью паровой машины преобразовали тепло в механическую работу.
XIX век был веком великого оптимизма. Он дал человечеству одно из величайших достижений фундаментальной науки - электромагнитную теорию - основу современной техники, породил уверенность в том, что рационализм вместе с наукой и техникой принесут миру облегчение и покой.
Первая половина XX века была временем колоссального прогресса в фундаментальных научных исследованиях. Теория относительности связала воедино массу и энергию; квантовая механика дала возможность понять, что микромир подчиняется совершенно другим законом, чем макромир. После открытия в 1939 году О. Ганом и Ф. Штрассманом процессов ядерного деления, в 1942 г. создания группой ученых во главе с Э.Ферми первого атомного реактора весь период после 1945 г. до середины 70-х годов характерен кульминацией оптимистических взглядов на науку и технику. Тогда многие всерьез считали, что в технически развитых странах спустя несколько десятилетий физическому труду не будет места и наступит полностью автоматизированный «рай».
Однако в 60-х годах при разработке долговременных проектов экономического развития столкнулись со множеством препятствий, вызванных прежде всего экспоненциальным ростом населения и распространением экономического влияния развитых стран на 2/3 человечества, которые раньше его не испытывали. В настоящее время население растет со скоростью 2,1% в год; время удвоения населения - 33 года.
Значительное увеличение роста населения приводит к ускорению темпов антропогенного воздействия на окружающую среду и в настоящее время оно уже соизмеримо с действием при родных факторов, что приводит к качественному изменению соотношения сил между обществом и природой. На современном этапе человечество поставлено перед фактом возникновения в природе необратимых процессов, новых путей перемещения и превращения энергии и вещества. В результате в природу внедряется все больше и больше новых веществ, чуждых ей, порой сильно токсичных для организмов. Часть из них не включается в естественный круговорот и накапливается в биосфере, что приводит к нежелательных экологическим последствиям.
В 70-х годах прошлого века Медоуз с сотрудниками (США) в своей работе пытались предсказать качественную и количественную причины того, как промышленное производство и повышение уровня благосостояния приводят к загрязнению окружающей среды. Они подчеркнули, что истощение природных ресурсов наступит гораздо раньше, чем его ожидали; например, металлов не будет хватать через 35-40 лет. Природное топливо - основа тепло-, энергоресурсов - будет исчерпано еще до того, как на смену придут альтернативные источники энергии (например, АЭС, о безопасности которых отдельных разговор).
Таким образом, в 70-е годы, когда человечество начало осознавать серьезность встающих перед ним экологических проблем, возник вопрос: сколько времени у нас осталось, прежде чем мы столкнемся с последствиями нашего пренебрежительного отношения к окружающей среде? Ответом было: те же 35-40 лет. Сейчас мы приближаемся к концу назначенного срока и видим, что состязание, в котором участвуют, с одной стороны, технологии (потребляющие ресурсы), а с другой - источники энергии и рециркуляция, к сожалению, выигрывают первые. Следовательно, прогресс человечества стал казаться угрожающим даже тем, кто его желал. В настоящее время уже налицо потепление климата, кислотные дожди, дыры в защитном озоновом слое над полюсами, повсеместное присутствие токсичных веществ в грунтовых водах, загрязнение пищевых продуктов остатками пестицидов, сокращение количества лесов и вымирание огромного числа видов организма и т.п. К сожалению, у нас уже нет еще тридцати или хотя бы десяти лет для изучения и обсуждения экологических проблем. Необходимо уже сейчас предпринять решительные меры по спасению биосферы, которая испытывает сильнейшие нагрузки, ведущие к ее угнетению. Поэтому в 1992 г. В Рио-де-Жанейро впервые был проведен Всемирный экологический форум с участием руководителей многих стран, обративший внимание на серьезные экологические проблемы, перед которыми отступают государственные и национальные интересы. Эти проблемы уже сейчас требуют согласованных действий мирового сообщества. Еще через 35-50 лет мы либо создадим устойчивое общество, либо станем свидетелями угасания цивилизации.
Для понимания всех этих проблем любой высококвалифицированный специалист должен изучить цикл экологических дисциплин, и прежде всего - общую экологию. В настоящее время в числе задач инженера производства, подлежащих ответственному выполнению, находится и охрана природы. Причем, в ряде случаев природоохранительные задачи в ближайшем будущем должны оказаться приоритетными по отношению ко всем остальным задачам, хотя сегодня строительство еще не ориентировано на охрану природы.
Чтобы сохранить природу и рационально пользоваться природными ресурсами, необходимо знать основные законы существования и развития природы, а также предельно допустимые нагрузки на природные системы.
Экология - это наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их природной средой, о связях и надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем. Экология как наука сформировалась лишь в середине прошлого столетия, после того, как были накоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле, об особенностях их образа жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения.
Термин «экология» ввел известный немецкий зоолог Э.Геккель, который в своих трудах "Всеобщая морфология организмов" (1866 г.) и "Естественная история миротворения", (1868) впервые попытался дать определение сущности новой науки. Слово «экология» происходит от греческого «oikos», что означает «жилище», «местопребывание», «убежище». Э. Геккель определил экологию как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде, куда мы относим в широком смысле все условия существования». По Э. Геккелю, экология представляет науку о «домашнем быте» живых организмов, она призвана исследовать «все те запутанные взаимоотношения, которые Дарвин условно обозначил, как борьбу за существование».
Среди других названий этого нового направления в XIX в. часто употреблялось «экономия природы». Этот термин подчеркивал проблему естественного баланса, «равновесия видов», которая и сейчас является одним из важнейших вопросов экологии.
Можно считать, что общая экология - отрасль науки об общих закономерностях жизнедеятельности организмов в их естественной среде обитания с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека. Существуют и другие определения экологии, в которых сформулированы ее задачи. В соответствии с уровнями организации жизни экология подразделяется на аутоэкологию и синэкологию.
Аутоэкология изучает отдельный организм, его индивидуальные связи со средой, жизненные отправления и поведение, при этом такой организм как бы изолируется от других компонентов системы («аут» - вне). Иногда аутэкологию рассматривают несколько шире, включая в ее задачи изучение отдельных групп особей, относящихся к одному виду.
Но часто такого исследования бывает недостаточно. Нельзя понять биологические особенности того или иного вида, прогнозировать его поведение в изменяющейся окружающей среде, если не рассматривать его взаимоотношения со всеми остальными компонентами той или иной системы. Комплексное изучение групп организмов, составляющих определенные единства, в их взаимодействии является предметом синэкологии.
Экология классифицируется по объектам и средам исследования. Таким образом, выделяют:
- экологию человека и животных;
- экологию растений;
- экологию микроорганизмов.
Кроме того, в свою очередь, все вышеуказанные группы можно исследовать на уровне особи, на уровне популяции, а можно и в разных средах: в воде, в атмосфере, в почве, космическом пространстве. Живые организмы обитают в разных условиях:
- в условиях тропической, умеренной и полярной зон;
- в естественных, измененных или созданных человеком сообществах;
- в загрязненных и незагрязненных средах.
В целом экология - это биологическая наука, исследующая структуру и функционирование систем: популяций, сообществ организмов, экологических систем и биосферы в целом. В настоящее время экология, основанная на биологии (ботаники, зоологии, физиологии,), связанная с развитием смежных биологических дисциплин - генетике, биофизике, микробиологии, опирается на небиологические науки - химию, физику, математику, геологию, географию. В связи с этим в последние годы введены понятия «математическая экология», «географическая экология», «глобальная» (экология в приложении к биосфере), «химическая», «космическая», «медицинская», «промышленная экология». В состав прикладных наук может быть включена и «строительная экология». Все эти достаточно отдаленные отрасли знаний объединяет одно общее: экологичность. Все они базируются на общих терминологии и понятиях, законах и их формулировках. В результате можно сформулировать следующие многообразные задачи экологии как науки:
- исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу в целом;
- создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменений в окружающей среде под влиянием деятельности человека и сохранения среды обитания человека;
- регулирование численности популяций;
- разработка системы оргтехмероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредными видами;
- экологическая индикация при определении свойств тех или иных компонентов и элементов ландшафта, в том числе индикации загрязнения окружающей среды;
- восстановление нарушенных природных систем, в том числе рекультивация выведенных из пользования сельскохозяйственных, пастбищ, восстановление плодородия почв, продуктивности водоемов и т.д.;
- сохранение эталонных участков биосферы.
Таким образом, задачи экологии применительно к деятельности инженера строительного производства или проектно-конструкторской организации можно сформулировать так:
- оптимизация архитектурно-градостроительных, конструкторских, технологических решений, исходящих из минимального ущерба окружающей среде и здоровью человека;
- прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий строительства, эксплуатации новых и реконструируемых зданий и сооружений для окружающей среды, животных, растений, а также здоровья человека;
- использование отходов производства при изготовлении строительных материалов и изделий для исключения поступления отходов в окружающую среду;
- использование биопозитивных (помогающих развитию природы), архитектурно-градостроительных, конструкторских и технологических решений;
- своевременное выявление объектов, наносящих ущерб окружающей среде при помощи экологического контроля, и принятие соответствующих технических решений.
Каким же образом экология способствует решению задач сохранения качества окружающей среды? Для этого существуют две разные группы задач: задачи экологические и задачи инженерно-технические, причем первые могут решаться с помощью вторых. Вполне понятно, что успешное решение экологических задач инженерными методами возможно лишь в том случае, если специалист владеет определенными знаниями в области экологии, позволяющими ему оценивать свое производство (в данном случае, строительство) с экологических позиций, т.е. обладает необходимым экологическим кругозором (мышлением).
Исторически охрана природы развивались как система различных ограничительных мероприятий, способствующих сохранению отдельных ландшафтов, памятников природы, ценных объектов, исчезающих растений и животных, сокращению использования ценных ресурсов. В современных условиях этого недостаточно, т.к. превратить всю Землю в заповедник нельзя. Поэтому в понятие «охрана природы» сейчас вкладывается более широкий и двоякий смысл. Во-первых, охрана природы рассматривается как комплексная дисциплина, разрабатывающая общие принципы сохранения и восстановления природных ресурсов, включая охрану земель, воды, атмосферы, растительного и животного мира, природных комплексов. Во-вторых, ее рассматривают как систему мер, направленных на поддержание оптимального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой, предупреждающую влияние результатов деятельности общества на природу и здоровье человека.
Во второй формулировке есть понятие «окружающая природная среда», и соответственно, под охраной окружающей среды понимают комплекс международных, государственных и региональных, административно-хозяйственных, политических и общественных мероприятий по обеспечению физических, химических и биологических параметров функционирования природных систем в пределах, необходимых с точки зрения здоровья и благосостояния человека.
В процессе природопользования человек изменяет окружающую его среду, причем эти изменения часто носят негативный характер и могут иметь неблагоприятные последствия в будущем. В своей деятельности человек стремится улучшить условия своего обитания, повысить благосостояние, увеличить производство необходимых ему продуктов промышленного и сельскохозяйственного производства. Для этого он вовлекает в использование все новые и новые природные ресурсы.
Однако в силу объективных законов, в частности закона сохранения вещества и закона сохранения энергии, любые процессы связаны не только с преобразованием и получением нужных веществ, но и с побочными продуктами, являющимися отходами производства. Эти вещества зачастую чужды природной среде. Их называют ксенобиотиками (греч. «ксенос» - чужой, «био» - жизнь). Эволюция жизни на Земле проходила в отсутствие этих веществ. Так, до возникновения промышленности в природе не было свободных металлов, множества химических соединений, например, фреонов, пестицидов, нефтепродуктов и др. В ряде случаев присутствие ксенобиотиков ведет к несовместимости среды с жизнедеятельностью организма. Воздействие производства на природные системы связаны не только с внесением в них ксенобиотиков. Жизненные процессы идут при определенных режимах температуры, влажности, давления, освещенности. Сброс воды в водоемы от охладительных или нагревательных систем, изменение режима суточной освещенности в городах вызывают неблагоприятные последствия для организмов.
Кроме того, человек направленно преобразует природу, строя дороги, каналы, города и промышленные комплексы, возводя плотины и водохранилища. Лесные насаждения вырубаются с целью получения древесины и для высвобождения площадей под строительство или сельское хозяйство. В результате на месте одних природных систем появляются другие с совершенно иными экологическими режимами и свойствами. При этом возможны неблагоприятные последствия, вплоть до изменения климата на значительных территориях, возникновение землетрясений и иных стихийных бедствий. Известны гибельные последствия массовой вырубки лесов в ряде стран Азии и Африки, которые привели к резкому иссушению почвы и превращению огромных площадей в безжизненные пустыни. А освоение целинных земель? Это не привело к решению зерновой проблемы в стране, но уничтожило огромные площади под пастбища для развития животноводства, которым традиционно занимались на этих территориях.
Подобные последствия необходимо предвидеть и предотвращать, т.к. все они могут быть оценены при условии знания законов экологии.
В то же время, несмотря на неблагоприятные последствия природопользования для окружающей среды, человек прекратить его не может. Это противоречие не является непреодолимым. Но как его преодолеть? Эта задача может быть сформулирована следующим образом: эксплуатация природных ресурсов и преобразование природных систем не должны наносить ущерба природу, не позволять того, чтобы характеристики природных систем выходили за пределы, после которых невозможна нормальная жизнедеятельность населяющих Землю биологических видов и, в том числе, человека. Научно-технический прогресс не должен приводить ни к ухудшению качества окружающей среды, ни к исчезновению природных ресурсов, от которых зависит жизнь и дальнейший прогресс человечества. Все это относится к области экологических задач и требует знания и умелого использования законов природы, изучаемых экологией.
Экологические проблемы привели к осознанию необходимости переориентации человечества на путь развития, предусматривающий достижение гармонии во взаимоотношениях с природой.
На протяжении всей своей истории человечество обособлялось от природы, стремилось к господству над ней и заменяло естественную среду обитания искусственной, подвластной воле людей. Если на ранних этапах развития еще сохранилось чувство общности с природой, зависимость людей от природы, то по мере совершенствования орудий труда и знаний сформировалась антропоцентрическая модель мира, согласно которой природа существует для удовлетворения любых потребностей человека и может вынести любые последствия его деятельности. Но увы, это не так. В современном многообразии жизни все взаимосвязано и исчезновение любого элемента биосферы может развалить систему жизнеобеспечения. Так например, в Китае для повышения урожайности риса было решено уничтожить всех воробьев, это привело к резкому увеличению численности популяций насекомых-вредителей, и как следствие – к сильному понижению урожайности риса. Поэтому любая форма жизни на Земле имеет самостоятельную ценность, как и вся природа в целом.
Начиная с 70-х годов важное место в борьбе за восстановление природы, за разработку нового мировосприятия, системы ценностей, образа жизни и программы действий на всех уровнях - от индивидуального до глобального - занимает движение «зеленых». Это движение развилось от противодействия конкретным загрязнителям природы: химические предприятия и другая промышленность, АЭС и т.п. вплоть до разработки теории нового общества («зеленой альтернативы») с созданием основ целостного образа жизни, направленного на сохранение, восстановление и увеличение природных ресурсов, на преодоление отчуждения людей от природы.
Главным в борьбе за сохранение и восстановление природы являются нормативные документы - основа экологического законодательства. Поэтапное решение проблем рационального природопользования и охраны окружающей среды связано с правовым регулированием взаимоотношений человека и природы, определением системы правил и законов, способствующих сохранению природы и оздоровлению окружающей человека среды.
В конце 80-х годов Всемирная комиссия по окружающей среде и развитию при ООН (созданная в 1983 г.) вводит новое понятие, относящееся к экологии: устойчивое развитие. Принцип устойчивого развития определен как форма развития или прогресса общества, которая удовлетворяет потребности живущих сейчас людей и не ущемляет возможности будущих поколений обеспечить свое нормальное существование.
В 1987 г. в соответствии с концепцией устойчивого развития, принятой промышленно развитыми странами Европы, США и Канады, а также Японии, начинает создаваться инфраструктура международного сотрудничества при решении проблем окружающей среды. В 1991 г. 600 фирм разных стран мира одобрили «Хартию предпринимателей за устойчивое развитие», которая призвала каждую кампанию взять на себя соответствующие обязательства по снижению уровня загрязнения окружающей среды. В том же году был создан Совет предпринимателей по устойчивому развитию, в который вошли руководители 500 крупнейших мировых кампаний. К сожалению, в их число не входят представители РФ.
Конференция ООН по окружающей среде и развитию, проведенная в Рио-де-Жанейро в 1992 г., стала крупнейшим событием, закрепившем все основополагающие принципы и политику мирового сообщества в области высокого качества окружающей среды и здоровой экономики. Результатом этой конференции стали 5 документов:
- Рио-де-Жанейрская декларация по окружающей среде и развитию, которая включила в себя 27 принципов, определяющих права и обязанности стран в деле обеспечения экологического развития и благосостояния людей;
- «Повестка дня на ХХI век» - программа устойчивого развития социальной, экономической и экологической сферы деятельности человечества.
- Заявление о принципах, касающихся управления, защиты и устойчивого развития всех видов лесов, жизненно необходимых для обеспечения экономического развития и сохранения всех форм жизни;
- Рамочная конвенция ООН об изменении климата, целью которой является стабилизация концентрации газов, вызывающих парниковый эффект в атмосфере;
- Конвенция в биологическом разнообразии, требующая принятия мер для сохранения разнообразия живых существ.
- люди имеют право на здоровую и плодотворную жизнь в гармонии с природой;
- сегодняшнее развитие не должно осуществляться во вред интересам охраны окружающей среды на благо нынешнего и будущего поколений;
- государства имеют суверенное право разрабатывать свои собственные ресурсы без ущерба окружающей среде за пределами их границ;
- государства должны разработать международное законодательство о компенсации за ущерб, который наносит деятельность, осуществляемая под их контролем, за пределами их территорий;
- государства должны осуществлять принципы принятия мер предосторожности для охраны окружающей среды;
- для достижения устойчивого развития защита окружающей среды должна составлять неотъемлемую часть процесса развития и не может рассматриваться в отрыве от него;
- развитые страны признают ответственность, которую они несут в контексте международных усилий по обеспечению устойчивого развития с учетом стресса, который создают их общества для окружающей среды, технологий и финансовых резервов, которыми они обладают;
- государства должны ограничить и ликвидировать нежизнеспособные модели производства и потребления и осуществлять демографическую политику;
- экологические вопросы должны решаться наиболее эффективным образом при участии всех заинтересованных граждан страны;
- государство принимает эффективные законы по окружающей среде, разрабатывают национальные законы об ответственности и компенсации жертвам загрязнения и другого экологического ущерба. В пределах своей юрисдикции государства обязаны оценивать экологические последствия предполагаемых действий, которые могут иметь существенные негативные последствия;
- государства должны сотрудничать в деле создания открытой международной экономической системы, которая приведет к устойчивому развитию во всех странах. При этом экологическая политика не должна использоваться для неоправданного ограничения международной торговли;
- государства должны уведомлять друг друга о стихийных бедствиях или деятельности, имеющих трансграничные последствия;
- государства должны делиться знаниями и новыми технологиями для достижения устойчивого развития;
- государства должны уважать международное право, обеспечивающее защиту окружающей среды во время вооруженных конфликтов, и должны сотрудничать в деле его дальнейшего развития;
- мир, развитие и охрана окружающей среды взаимозависимы и неразделимы.
Хочется отметить, что в России принят ряд законодательных актов по экологии. С декабря 1991 г. введен в действие Закон РФ «Об охране окружающей природной среды». В 2002 г. была введена в действие новая редакция этого закона под названием «Об охране окружающей среды». В соответствии со ст.4 этого Закона объектами охраны окружающей природной среды являются:
- естественные экологические системы, озоновый слой атмосферы;
- земля, ее недра, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, леса и иная растительность, животный мир, микроорганизмы, генетический фонд, природные ландшафты.
Кроме того, за последние годы приняты Законы РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», «О недрах», «Об охране атмосферного воздуха», «Об особо охраняемых природных территориях», «Об экологической экспертизе», «О радиационной безопасности населения», «Об отходах производства и потребления», Основы законодательства РФ об охране здоровья, ратифицирована Конвенция о биологическом разнообразии; в августе 1996 г. принята федеральная программа «Национальная технологическая база», которая состоит из ряда подпрограмм, в частности, «Технология обеспечения устойчивости среды обитания», составными частями которой являются: чистый воздух, питьевая вода, качественное жилье.
В нашей стране продолжает создаваться нормативная база это очень важно, так как эти законы заставляют серьезно относиться промышленным предприятиям и другим организациям - природопользователям, а также частным лицам к экологическим проблемам. Когда заработают экономические механизмы возмещения ущербов окружающей среде можно быть уверенными, что и в нашей стране будет достойное отношение к природопользованию и охране окружающей среды.
Вопросы для самоконтроля:
- Что изучает экология?
- Какие основные экологические задачи стоят перед инженером строителем?
- Какие основные документы приняты на конференции в Рио-де-Жанейро, и каково их значение?
- В чем суть принципов устойчивого развития?
- Каково значение федеральный Закон «Об охране окружающей среды» для перехода к устойчивому развитию РФ?
