Курс лекций по "Экологии"

В сукцессии  четко действует правило экологического дублирования: длительное существование биоценоза возможно лишь в том случае, если изменения среды, вызванные деятельностью одних живых организмов, благоприятны для других с противоположными требованиями.

Сукцессионная серия – последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга сукцессий сообществ 
 

Этапы сукцессионного процесса:

1. Возникновение незанятого жизнью участка.
2. Миграция на этот участок различных организмов вместе с зачатками.
3. Приживание организмов на данном участке.
4. Конкуренция организмов между собой и вытеснение отдельных видов.
5. Преобразование живыми организмами места обитания, постепенная стабилизация условий и взаимоотношений.

Результатами  сукцессионных изменений являются:

1. Непрерывная смена видов растений и животных.
2. Повышение видового разнообразия организмов.
3. Увеличение биомассы органического вещества.
4. Снижение чистой продукции сообщества.

 

Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют постоянную численность и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое состояние называется климаксом, а экосистему климаксной / зрелой. 

Законы  и правила функционирования экосистем

Принцип ЛеШателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Химические  превращения в природе и все  биологические процессы подчиняются  законам термодинамики:

1. Закон сохранения энергии – для любого химического процесса общая энергия в замкнутой системе остается постоянной.
2. Закон энтропии – процессы, связанные с превращением энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную. Пример: фотосинтез, хемосинтез, сукцессионный процесс.
3. Следствие – при стремлении абсолютной температуры простых кристаллических тел к 0, абсолютное значение их энтропии также стремиться к 0.

Правило одного процента: для природных систем при внесении в них возмущения на уровне 1% от общего потока энергии проходящей через систему находится порог выхода в систему из стационарного состояния, а на уровне 10% - порог саморазрушения системы.

 

Биосферная  экология

Биосфера – все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь.

Структура биосферы:

1. Аэробиосфера (атмосфера) – кислород, азот, углекислый газ, аргон, озоновый слой.
2. Гидросфера – вода, кислород, углекислый газ.
3. Литосфера – верхний плодородный слой почвы, 8 основных компонентов: кислород, кремний, железо, кальций, калий, магний, натрий, алюминий.

Ресурсы биосферы:

• Неисчерпаемые: вода, солнечная энергия, климатические ресурсы.
• Исчерпаемые
• возобновимые (быстро восстанавливаются): трава, животные, минераль. состав почв.
• относительно возобновимые (восстанавливаются > 100 лет): лес спелого возраста, пахотопродуктивные почвы, воздушное пространство, водные ресурсы региона.
• невозобновимые: минеральные ресурсы, земельные ресурсы.

 

Часть ресурсов биосферы, которые на данном уровне развития производительных сил  и изученности могут использоваться для удовлетворения потребностей человеческого общества принято называть природными ресурсами. Тела и явления природы становятся определенным ресурсом лишь в том случае, если:

1. В них возникает потребность.
2. Появляются технические возможности для использования.
3. Его использование экономически выгодно.

 

Классификация природных ресурсов

1. По степени изученности, технической доступности и экологической рентабельности:
• реальные (доступные) запасы, потенциально-доступные (общие) запасы.
2. По происхождению:

• растительные, животные, минеральные, водные, земельные, климатические.

3. По видам хозяйственного использования:

• ресурсы промышленного производства: энергетические, неэнергетические  (негорючие ископаемые).
• ресурсы сельскохозяйственного производства: почвенно-земельные ресурсы, растительные и кормовые ресурсы, агроклиматические ресурсы.
• ресурсы непроизводственной сферы: ресурсы рекреационных хозяйств, ресурсы заповедных территорий, ресурсы диких животных, ресурсы дикорастущих растений.

 

Проблемы  ресурсоиспользования

1. Ресурсный кризис.
2. Потеря возобновляемых и частично возобновляемых ресурсов.
3. Деградация ресурсов вследствие загрязнения.
4. Асистемный подход к использованию ресурсов.

 

Человек и биосфера

Пространственная  структура: Проблемы урбанизации:

1. Изменения в образе жизни, здоровье и психологии человека.
2. Региональные экологические проблемы.
3. Изменения в природных экосистемах.

Возрастная  структура: Факторы лимитирующие развитие человечества:

1. Истощение природных ресурсов.
2. Загрязнение.

 

Загрязнение окружающей среды

Загрязнение – поступление в окружающую среду вещества или энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду.

Классификация загрязнений:

1. По происхождению:

• природные

• постоянно-действующие: испарения с моря.
• периодически-действующие: вулканы.

• антропогенные

• нормальные побочные продукты жизнедеятельности.
• отходы производства: постоянно-действующие, периодически-действующие.

2. По характеру загрязнения:

• химическое / ингредиентное – изменение химического состава среды.
• физическое / параметрическое – отклонение от нормы физических параметров (радиоактивное загрязнение).
• биологическое – проникновение в среду всех видов организмов, появляющихся при участии человека и наносящих вред окружающей среде:

  микробиологическое (бактерии), макробиологическое (животные и растения)

3. По масштабам воздействия:

• локальное.
• региональное – перенос загрязняющих веществ на расстояние более 40км от техногенных и 10км от сельскохозяйственных источников загрязнения.
• глобальные – до 1000км от места возникновения.

 

Химическое  загрязнение окружающей среды

Источники воздействия:

1. На атмосферу: энергетика, транспорт, черная и цветная металлургия, химия и нефтехимия.
2. На гидросферу: целлюлозно-бумажная промышленность, пищевая и легкая пром, сельскохозяйственная промышленность, нефтедорабатывающая промышленность.
3. На литосферу: предприятия горнодобычи и горнопереработки (шахты), энергетика, металлургическая промышленность, химическая промышленность.

 

Загрязнение атмосферного воздуха. Глобальные проблемы.

1. Загрязнение парниковыми газами:
• диоксид углерода – сжигание топлива, транспорт, дегумификация почв (разложение органических веществ почв).
• метан – гниение в анаэробных условиях, свалки отходов, рисовые поля, добыча полезных ископаемых.
• хлорфторуглероды (фреоны) – холодильные установки.

 

Последствия:

• повышение уровня мирового океана.
• изменение в течении Гольфстрим и похолодание.
• перераспределение осадков на земле, сокращение 15% летних осадков.
• нарушение циркуляции атмосферных потоков, приводящее к различным природным катаклизмам.
• массовая миграция населения в безопасные места.
• повышение уровня смертности (сердечнососудистые заболевания).

 

Для сокращения парниковых газов в атмосфере  в 1997г был подписан Киотский протокол. 
 
 

2. Разрушение  озонового слоя. Катализаторы разложения озона:

• природные: хлорметан – продукт жизнедеятельности организмов в океане, OH-радикал – пары воды.
• антропогенные: оксиды азота – сжигание топлива, атомы хлора, фреоны (аэрозоли, кондиционеры).

 

1987г  Монреальский протокол – договор о сокращении выбросов фреона в атмосферу.

Последствия:

для экосистем: деградация экосистем и генофонда флоры и фауны, снижение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности мирового океана.

для человека: увеличение заболеваний раком кожи, подавление иммунной системы, увеличение числа инфекционных заболеваний, потеря зрения вследствие развития катаракты. 

3. Кислотные осадки – серные кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота:

• диоксид серы – сжигание органического топлива, энергетика.
• диоксид азота – энергетика, транспорт.
• ионы аммония и кальция.

 

Последствия:

1. Закисление почв.
2. Окисление водоемов.
3. Деградация растительности.
4. Коррозия металлов.
5. Заболевания органов дыхания.
6. Гибель животных и растений.

 

Мероприятия по снижению глобального  потепления

1. Увеличение КПД горючего топлива.
2. Разработка и внедрение без топливных видов энергии.
3. Прекращение процессов дегумификации.

 

Мероприятия по предотвращению сокращения озонового слоя

1. Прекращение выпуска фреонов.
2. Запрет до 2030г. на производство заменителей фреонов.
3. Сокращение выбросов оксидов азота.

 

Мероприятия по сокращению выпадения  кислотных осадков

1. Сокращение выбросов объемов кислотообразующих веществ.
2. Сокращение выбросов в целом.

 

Локальные загрязнения

1. Угарный газ (со-оксид углерода) – сжигание органического топлива.
2. Углеводороды – дымовые газы теплоэнергетических установок, выхлопные газы автотранспорта.
3. Сероводород (H₂S) – нефтеперерабатывающие, химические, целлюлозно-бумажные предприятия.
4. Фотохимический смог – низкая влажность, отсутствие ветра; выхлопные газы автотранспорта; разрушение резины, строительных конструкций, коррозия металла; раздражение слизистой оболочки, дыхательных путей, глаз.
5. Озон – токсичен и мутагенен; искрящее оборудование; поражение иммунной системы и легочной ткани.
6. Аэрозоли – дым, туман; вулканы, сжигание топлива, морской соли, пожары.
7. Тяжелые металлы (a.e.m. > 50) – Ni, F, Mg, сжигание органического топлива, дым плавильных печей; влияние на репродуктивные функции человека, поражение почек и печени.