экология

1.Биосфера Земли, по В.И. Вернадскому, это общепланетарная оболочка, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью совокупностей живых организмов (живым веществом ) в течение геологического времени. Она состоит из семи глубоко различных частей: 1) живого вещества (растения, животные, микроорганизмы); 2) биогенного вещества (продукты жизнедеятельности живых организмов - осадочные породы органического происхождения); 3) косного вещества (горные породы магматического, неорганического происхождения; вода); 4) биокосного вещества (продукт распада и переработки горных пород живыми существами); 5) радиоактивного вещества; 6) рассеянных атомов; 7) вещества космического происхождения.

Важное свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной “строительный материал” живого – углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений. Только благодаря круговоротам обеспечивается непрерывность процессов в биосфере.

1. Очень важной особенностью биосферы является тесная связь живого вещества с окружающими условиями, или средой обитания. То есть, организм и окружающая его среда представляют собой единство. При изменении условий среды обитания живое вещество приспосабливается к новым условиям. При этом оно может изменить свою форму или функции, но не состав. Неживое вещество при этом изменяется коренным образом. Так, минеральное вещество, приспосабливаясь, меняет свой состав, и становится другим веществом в физическом и химическом отношениях.

2. Способность к самовоспроизведению, то есть к размножению. Это свойство резко отличается живое от неживого и является причиной быстрого распространения жизни на Земле. В.И. Вернадский назвал такую способность биосферы «всюдностью жизни», а сам процесс быстрого размножения – «растеканием жизни». Как установлено, скорость размножения живых организмов различна и зависит от их массы. Так, мелкие организмы размножаются скорее крупных.

Вернадский писал, что «область жизни – вся земная поверхность». Однако имеется область особенно высокой концентрации живого вещества. Вернадский ее называл «слой живого вещества» или «пленка жизни». Мощность ее немногим более 100 м, то есть над земной поверхностью до 100 м и в глубину – до 15 м. это слой, где сосредоточена основная жизнь, в этом маломощном слое содержится огромное количество живых организмов. Здесь находится около 500 тысяч видов растений, немногим меньше – видов животных и почти 1 млн. видов бактерий. Это огромное разнообразие жизни является следствием активной приспособляемости живых организмов. Если на нашей планете 4 тысячи минералов, то видов живых организмов более 2-х миллионов. Все это является следствием следующего свойства организмов.

3. Живые организмы способны к изменчивости. Это – важнейшее биологическое свойство. Основной причиной изменчивости является мутация, которая охватывает весь генетический аппарат и вызывает появление новых признаков в наследственности организмов, что обеспечивает передачу возникшего мутационного признака последующим поколениям. Те изменения в организме, которые не затрагивают генетический аппарат и не передаются последующим поколениям называются последующим поколения называются модификациями. Мутации, в отличие от модификаций, носят направленный характер. Они возникают под влиянием ионизирующей радиации, некоторых химических веществ, температурных и других факторов. Часто причиной мутации является излучение радиоактивных веществ и воздействие рентгеновских лучей.

4. Способность организмов накапливать в своих тканях некоторые химические элементы в избыточном количестве, по сравнению с их концентрацией во внешней среде. Эту способность Вернадский назвал концентрационной функцией биосферы. Организмы могут накапливать не только широко распространенные химические элементы, но и редкие и рассеянные элементы, которые иногда играют важную роль в физиологии организмов. Так, некоторые цветковые растения концентрируют литий, бериллий, бром. А морские водоросли и губки (например, горчичная трава) – накапливают золото. В геологии существуют биохимические методы поиска полезных ископаемых. Они основаны на том, что появление определенных видов растений, накапливающих цинк, медь и свинец, говорит о повышенной концентрации этих элементов в почве и близком залегании рудного месторождения. На этом основаны биохимические методы геологической разведки полезных ископаемых. В морской воде некоторые виды живых организмов также могут накапливать определенные химические элементы. Все это создает условия для перераспределения химических элементов между оболочками Земли. Почему происходит накопление микроэлементов?

5. Рациональное усвоение солнечной энергии. Живой организм старается удержать и усвоить солнечную энергию – в отличие от камня, который после нагревания тут же отдает тепло. В организме происходят сложные превращения энергии. Зеленые растения непосредственно используют солнечную радиацию при фотосинтезе, некоторые бактерии расходуют при этом химическую энергию. Гетеротрофы приобретают энергию путем окисления своих веществ атмосферным кислородом. Живые организмы осуществляют преобразование энергии и накопление ее в форме высокоэнергичных соединений, то есть они превращают солнечную энергию в энергию химических связей. При этом энергия, накапливаемая в организмах животных, превращается в еще более высокоэнергичные соединения. Любой организм с термодинамической точки зрения является открытой системой. Получаемая организмом энергия, при этом компенсирует его расходы на жизненные функции и работу. В связи с тем, что у живых организмов нет значительных изменений температуры тела или используются для проведения работы химическая и электрическая энергия. Все превращения энергии в живых организмах совершаются на молекулярном уровне, а биохимические процессы происходят с участием органических катализаторов – ферментов и протекают, поэтому, в 1000 раз быстрее, чем во внешней среде. Это приводит к повышению скорости роста, размножения и деятельности организмов.

6. Устойчивость. Это способность выживать в изменяющихся условиях Земли: при разных давлениях, температурах, влажности. Устойчивость организмов очень высока. Особенно большая приспособляемость у низкоорганизованных организмов. Так, микроорганизмы обнаружены в метеоритах, которые длительное время находились в космосе при температуре, близкой к абсолютному нулю, а также в воде гейзеров, имеющих температуру + 93⁰ С. Их нашли в атомных реакторах, где радиоактивность достигает нескольких рентген, а температура больше 300⁰ С. Высокой устойчивостью отличаются также и растения. В садах Каира растет лотос из семян, пролежавших в гробницах фараонов 3000 лет.

7. Обмен веществ. Важным свойством живых организмов является обмен веществ живых организмов с окружающей средой. Живые организмы осуществляют ассимиляцию и диссимиляцию веществ, то есть они постоянно усваивают, перерабатываю и выделяют продукты своей жизнедеятельности. За счет этого организмами производятся огромные преобразования на Земле.

8. С обменом веществ связано следующее весомое свойство биосферы: она является катализатором геохимических процессов на Земле. Таким образом, за время своего существования, то есть за 3 млрд. лет биосфера изменила вещественный состав всех компонентов географической оболочки. Как видно живое существо не только тесно связано со средой обитания, но и способно изменять ее, приспосабливать для своего обитания. За счет этого живые организмы выполняют огромную геохимическую работу на Земле, и способны преобразовывать нашу планету. Вернадский назвал живое вещество «могучей геологической силой». Он писал: «На земной поверхности нет силы более могущественней и постоянно действующей в геохимическом отношении, чем живые организмы». Причина этой силы – в свойствах живых организмов.

2) Живое вещество обладает рядом специфических свойств:

1. Живое вещество характеризуется огромной свободной энергией.

2. В живом веществе химические реакции протекают в тысячи (иногда и в миллионы) раз быстрее, чем в неживом веществе. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе пользуются понятием исторического, а в косном веществе – геологического времени.

3. Химические соединения, входящие в состав живого вещества (ферменты, белки и др.), устойчивы только в живых организмах.

4. Живому веществу присуще произвольное движение – пассивное, обусловленное ростом и размножением, и активное – в виде направленного перемещения организмов. Первое является свойством всех живых организмов, второе характерно для животных и в редких случаях – для растений.

5. Для живого вещества характерно гораздо большее химическое и морфологическое разнообразие, чем для неживого.

6. Живое вещество в биосфере Земли находится в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Размеры и масса живых организмов сильно колеблются (диапазон более 10⁹).

7. Живое вещество возникает только из живого и существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений.

Живые организмы в пределах биосферы распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются достаточно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и поверхностном слое Мирового океана.

В. И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки, занимающие огромные площади, и сгущения жизни, представленные небольшими площадями (например, пруд). Вся остальная часть биосферы является зоной разряжения живого вещества.

3) Биогеохимические циклы

Биогеохимические циклы. В экосистемах очень важна роль биогеохимических циклов. Биогенные элементы - С, О₂, N₂, Р, S, СО₂, Н₂О и другие – в отличие от энергии удерживаются в экосистемах и совершают непрерывный круговорот из внешней среды в организмы и обратно во внешнюю среду. Эти замкнутые пути называют биогеохимическими циклами. В каждом круговороте различают два фонда: резервный, включающий большую массу движущихся веществ, в основном небиологических компонентов, и подвижный, или обменный, фонд – по характеру более активный, но менее продолжительный, отличительной особенностью которого является быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

Биогеохимические циклы можно подразделять на два типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан), 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, 30– 40 необходимы для живых организмов. Человек уникален не только тем, что его организм нуждается в 40 элементах, но и тем, что в своей деятельности использует почти все другие имеющиеся в природе элементы.

4)

Сегодня считается, что ноосфера (во втором смысле) -это коллективное сознание, которое станет контролировать направление будущей эволюции планеты и сольется с природой в точке Омега, как раньше формировались все предыдущие целостные образования (молекулы, клетки и органы живых организмов), формируя целостный нооорганизм.

Современные представления о ноосфере сводятся к следующим основным постулатам.

1. Ноосфера представляет собой область взаимодействия человека и природы, в пределах которой человеческая деятельность становится основным определяющим фактором развития.

2. Ноосфера есть качественно высшая стадия развития биосферы, связанная с коренным преобразованием как природы, так и самого человека, т.е. ноосфера представляет собой не выделенный над биосферой "мыслящий пласт", а качественно новое состояние самой биосферы, ее очередную трансформацию в ходе эволюции.

3. Ноосфера как высокоорганизованное состояние биосферы может возникнуть и существовать только тогда, когда,

во-первых, преобразующая деятельность человека будет основываться на строго научном и разумном понимании всех происходящих процессов и обязательно сочетаться с «интересами» природы и,

во-вторых, решится задача овладения в ближайшем будущем методами управления развитием биосферы и создания необходимых для этого средств.

4.Структура ноосферы включает: человечество, социальные системы, науку, технику и технологии в единстве с биосферой. Реально ноосфера предстает как техносреда, искусственное образование с ее собственными законами функционирования. Поэтому, если для В.И. Вернадского концепция ноосферы связывалась с идеями рационального развития биосферы, направляемого общим разумом людей, то в настоящее время образуется среда, которая начинает отрицать условия бытия человека как естественного существа. Ноосфера, в своей ипостаси техносреды, порождает экологический кризис, ставя человека на грань выживания.

5. Ноосфера - феномен не столько природы, сколько космоса. Биосфера - живая оболочка Земли; создаваемая разумом искусственная среда (ноосфера) тоже пока в основном на Земле. Ноосфера, включенная в систему бытия человека, предстает как часть космоса. С другой стороны, космос как реальность, а не просто объект созерцания, открывается человеку посредством науки и техники. Считается, что космизм в онтологическом плане - это идеология техногенной среды.

Вышеприведенные аксиомы отражающие главные свойства, которыми должна обладать ноосфера. Но вот дальше пока дело не идет. Рождаются удивительно красивые "ноосферные" фразы и слова, преобразующие животворящие идеи В.И. Вернадского в исключительно уникальные ноосферные символы.

В. И. Вернадский и французские ученые, которые впервые ввели термин «ноосфера» в научный оборот, понимали под ноосферой то, во что преобразуется биосфера Земли в результате воздействия человеческого разума, начиная с первых этапов его проявления, с появления человека в биосфере.

Но вот какими свойствами должен обладать человеческий разум, чтобы преобразовать биосферу в ноосферу?

Для этого необходимо, чтобы преобладал антропный принцип формирования ноосферы, а не техногенный. Антропный принцип, отражая ведущую роль человека в преобразовании биосферы не означает, что человек должен ставить себя выше природы, а техногенную среду выше биосферной.

Из вышеизложенных принципов, отражающих представления людей о Биосфере и Ноосфере, как ее высокоорганизованного состояния можно сделать один нелицеприятный для людей вывод о том, что человек ставит себя выше Биосферы, в то время как он должен исповедовать статус "равный среди равных", ибо Биосфера Земли всегда была высокорганизованной и разумной, в отличие от человека, который все более и более скатывается в скотское состояние, в состояние, которое можно назвать только безумным. Но даже используемый термин "живая оболочка" является только символом и многими воспринимается пока как утопия.

Поэтому представления, что неразумная Биосфера в будущем станет разумной в результате разумной деятельности людей, и её назовут Ноосферой, является самым главным заблуждением, в основе которого лежит старый тип мышления. Это заблуждение нанесло и продолжает наносить огромный непоправимый вред научно-практической деятельности человечества как любая утопия.

5) ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БИОСФЕРЫ

Человечество существенно изменило ход течения целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимического круговорота и миграции ряда элементов. В настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты. Уже возник ряд сложнейших экологических проблем биосферы, которые необходимо разрешить в ближайшее время.

«Парниковый эффект». По новейшим данным ученых, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5-0,6 "С. По прогнозам, к началу 2000 г. средняя температура на планете может повыситься на 1,2 "С по сравнению с доиндустриальной эпохой. Ученые связывают такое повышение температуры в первую очередь с увеличением содержания углекислого газа (диоксида углерода) и аэрозолей в атмосфере. Это приводит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли. Очевидно, определенную роль в создании так называемого «парникового эффекта» играет и тепло, выделяющееся от ТЭЦ и АЭС.

Потепление климата может привести.к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Изменения, которые могут произойти вследствие этого, просто трудно предсказать.

Решить данную проблему было бы можно, сократив выбросы углекислого газа в атмосферу и установив равновесие в цикле круговорота углерода.

Истощение озонового слоя. В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов.

Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко используемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей. аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50-200 лет. В 1990 г. в мире производилось более 1300 тыс. т озоноразрушающих веществ.

Под действием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода (O₂) распадаются на свободные атомы, которые в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие.

Однако загрязнители типа фреонов катализируют (ускоряют) процесс разложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона.

Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999 г. должно сократиться примерно на 50 %.

Массовое сведение лесов — одна из наиболее важных глобальных экологических проблем современности.

Уменьшение площади лесов нарушает процесс круговорота кислорода и углерода в биосфере.

Сведение лесов влечет за собой гибель их богатейших флоры и фауны. Человек обедняет облик своей планеты.

Отходы производства. Серьезнейшей экологической проблемой стали отходы промышленного и сельскохозяйственного производств. Вы уже знаете, какой вред они наносят окружающей среде. В настоящее время делаются попытки уменьшить количество отходов, загрязняющих окружающую среду. С этой целью разрабатываются и устанавливаются сложнейшие фильтры, строятся дорогостоящие очистные сооружения и отстойники. Но практика показывает, что они хоть и снижают опасность загрязнения, все-таки не решают проблему. Известно, что даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные минеральные вещества и до 10 % органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Воды такого качества могут стать пригодными для потребления только после многократного разбавления чистой водой.

Сельское хозяйство. В сельскохозяйственном производстве важно строго соблюдать правила агротехники и следить за нормами внесения удобрений. Так как химические средства борьбы с вредителями и сорняками приводят к существенным нарушениям экологического равновесия, ведутся поиски путей преодоления этого кризиса в нескольких направлениях.

Производство энергии. Очень сложные экологические проблемы связаны с получением энергии на теплоэлектро-энергетических предприятиях. Потребность в энергии — одна из основных жизненных потребностей человека. Энергия нужна не только для нормальной деятельности современного сложно организованного человеческого общества, но и для простого.физического существования каждого человеческого организма. В настоящее время в основном электроэнергию получают на гидроэлектростанциях, тепловых и атомных станциях.

Гидроэлектростанции на первый взгляд являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда природе. Так считали многие десятилетия. В нашей стране построили много крупнейших ГЭС на великих реках. Теперь стало ясно, что этим строительством нанесен большой урон и природе, и людям.

Прежде всего строительство плотин на больших равнинных реках приводит к затоплению огромных территорий под водохранилища. Это связано с переселением большого числа людей и потерей пастбищных угодий.

Во-вторых, перегораживая реку, плотина создает непреодолимые препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб, поднимающихся на нерест в верховья рек.

В-третьих, вода в хранилищах застаивается, ее проточность замедляется, что сказывается на жизни всех живых существ, обитающих в реке и у реки.

В-четвертых, местное повышение воды влияет на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, к эрозии берегов и оползням.

Этот список отрицательных последствий строительства ГЭС на равнинных реках можно продолжить. Крупные высотные плотины на горных реках также представляют собой источники опасности, особенно в районах с высокой сейсмичностью. В мировой практике известно несколько случаев, когда прорыв таких плотин привел к огромным разрушениям и гибели сотен и тысяч людей.

С экологической точки зрения АЭС являются наиболее чистыми среди других ныне действующих энергетических комплексов. Опасность радиоактивных отходов полностью осознается, поэтому и конструкция, и эксплуатационные нормы атомных электростанций предусматривают надежную изоляцию от окружающей среды по крайней мере 99,999 % всех получающихся радиоактивных отходов.

Следует учитывать, что фактические объемы радиоактивных отходов сравнительно невелики. Для стандартного ядерного энергоблока мощностью в 1 млн кВт" это 3 — 4м в год. Ясно, что с кубометром даже очень вредного и опасного вещества все же проще обращаться, чем с миллионом кубометров просто вредного и опасного, как, например, с отходами тепловых электростанций, которые практически целиком поступают в окружающую среду.

Не все знают, что уголь обладает небольшой природной радиоактивностью. Так как на ТЭС сжигаются огромные объемы топлива, то ее суммарные радиоактивные выбросы получаются выше, чем у АЭС. Но этот фактор второстепенный по сравнению с главным бедствием от установки на органическом топливе, наносимом природе и людям, — выбросами в атмосферу химических соединений, являющихся продуктами сгорания.

Хотя АЭС экологически более чистые, чем просто электростанции, они таят в себе большую потенциальную опасность в случае серьезных аварий реактора. В этом мы убедились на примере Чернобыльской катастрофы. Таким образом, энергетика ставит, казалось бы, неразрешимые экологические проблемы. Поиски решения проблемы ведутся в нескольких направлениях.

Ученые разрабатывают новые безопасные реакторы для атомных станций. Второе направление связано с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Это прежде всего энергия Солнца и ветра, тепло земных недр, тепловая и механическая энергия океана. Во многих странах, в том числе и у нас, уже созданы не только опытные, но и промышленные установки на этих источниках энергии. Они еще сравнительно маломощные. Но многие ученые считают, что за ними большое будущее.