- •З. М. Лобанова экология и защита биосферы Учебное пособие
- •Барнаул, 2009
- •Часть I
- •Глава 1 Общая экология 1. 1 Предмет, задачи и структура современной экологии
- •1.2 "Законы экологии" б. Коммонера
- •1.3 Учение о биосфере
- •1.3.1 Роль живого вещества в образовании биосферы
- •1.3.2 Возникновение и развитие биосферы
- •1.3.3 Понятие об "автотрофности" человека
- •1.4 Экологические факторы среды
- •1.5 Экологическая ниша и среда обитания
- •1.6 Биоценоз, биогеоценоз, экосистема
- •1.6.1 Основные типы пищевых цепей
- •1.6.2 Потоки энергии и вещества в экосистемах
- •1.6.3 Пирамиды численности, биомассы, энергии
- •1.7 Биохимические круговороты веществ в природе
- •1.7.1 Круговорот кислорода
- •1.7.2 Круговорот углерода
- •1.7.3 Круговорот азота
- •1.7.4 Круговорот фосфора
- •1.7.5 Круговорот воды
- •1.8 Основы устойчивости биосферы
- •1.9 Человечество в экосистеме Земли.
- •Глава 2 Антропогенные воздействия на биосферу
- •2.1 Загрязнение атмосферы
- •2.1.1 Состав, строение и значение атмосферы
- •2.1.2 Самоочищение атмосферы
- •2.1.3 Загрязнение атмосферы
- •2.1.4 Последствия загрязнения атмосферы
- •2.2 Загрязнение гидросферы
- •2.2.1 Распределение воды в биосфере, значение воды в жизни человека
- •2.2.3 Особенности водных экосистем
- •2.2.4 Экологические последствия загрязнений водных экосистем
- •2.2.5 Самоочищение природных вод
- •2.3 Загрязнение литосферы
- •2.3.1 Земельные ресурсы
- •2.3.2 Эрозия почв
- •2.3.3 Загрязнение почв
- •Часть 2 Защита биосферы Введение
- •Глава 3 Защита атмосферы
- •3.1 Контроль качества атмосферного воздуха
- •3.2 Нормирование качества атмосферного воздуха
- •3.3 Защита атмосферы от вредных выбросов
- •3.3.1 Совершенствование и экологизация технологических процессов.
- •3.3.2 Архитектурно-планировочные мероприятия
- •3.3.3 Экологически обоснованное землепользование
- •3.3.4 Инженерно-организационные мероприятия
- •Глава 4 Защита гидросферы 4.1 Нормирование качества воды в водоемах
- •4.2 Охрана водных объектов при сбросе сточных вод
- •4.2.1 Классификация сточных вод
- •4.2.2 Виды загрязнений и контроль состава сточных вод
- •4.3 Очистка сточных вод
- •4.3.1 Очистка бытовых сточных вод
- •4.3.1 Очистка производственных сточных вод
- •Глава 5 Защита литосферы
- •5.1 Основные виды отходов и их утилизация
- •5.1.1 Коммунально-бытовые отходы
- •5.1.2 Промышленные отходы
- •Глава 6 Мониторинг состояния окружающей среды
- •6.1 Классификация систем мониторинга
- •6.2 Моделирование в экологии
- •Глава 7 Международное сотрудничество в области охраны окружающей природной среды
- •7.1 Международные конференции по окружающей среде
- •7.2 Международные природоохранительные организации
- •7.3 Общественное экологическое движение
- •Глава 8 Правовые и организационные основы охраны окружающей природной среды 8.1 Законодательство в области охраны окружающей природной среды
- •8. 2 Закон об охране окружающей природной среды в рф
- •8.3 Государственная система рационального использования природных ресурсов, охраны окружающей природной среды
- •8. 4 Экологическая экспертиза проектов
- •8.5 Экологическая паспортизация объектов
- •8.5.1 Экологическая паспортизация предприятий
- •8.5.2 Принципы экологической паспортизации населенных мест
- •8.6 Экономические основы охраны окружающей природной среды
- •8.6.1. Экономический ущерб от загрязнения природной среды и проблемы эколого-экономического обоснования принятия хозяйственных решений
- •8.6.2 Экономические пути выхода из экологического кризиса
- •1 Источники ртути и ее соединений в окружающей среде
- •2 Содержание ртути и ее соединений в окружающей среде
- •3 Токсичность ртути и ее соединений
- •22 Апреля - Всемирный день Земли;
- •5 Июня - Всемирный день защиты окружающей среды;
1.7.5 Круговорот воды
Роль воды в происходящих в биосфере процессах огромна. Без воды невозможен обмен веществ в живых организмах. С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, так как к простому явлению физиологического испарения добавился более сложный процесс биологического испарения (транспирация), связанный с жизнедеятельностью растений и животных. Кратко круговорот воды в природе можно описать следующим образом. Вода поступает на поверхность Земли в виде осадков, которые образуются главным образом из водяного пара, попадающего в атмосферу в результате физического испарения и испарения воды растениями. Одна часть этой воды испаряется прямо с поверхности водных объектов или косвенно, при посредстве растений и животных, а другая питает подземные воды (рисунок 1.13). Характер испарения зависит от многих факторов. Так, с единицы площади в лесной местности испаряется значительно больше воды, чем с поверхности водного объекта. С уменьшением растительного покрова уменьшается и транспирация, а, следовательно, и количество осадков. Поток воды в гидрологическом цикле определяется испарением, а не осадками. Способность атмосферы удерживать водяной пар ограниченна. Увеличение скорости испарения ведет к соответствующему увеличению осадков. Вода, содержащаяся в воздухе в виде пара в любой момент, соответствует в среднем слою толщиной 2,5 см., равномерно распределенному по поверхности Земли. Количество осадков, выпадающих в год, составляет в среднем 65 см. Следовательно, водяные пары атмосферного фронта ежегодно совершают круговорот примерно 25 раз (раз в две недели). Содержание воды в водных объектах и почве в сотни раз больше, чем в атмосфере, однако она протекает через два первых фонда с одинаковой скоростью. Среднее время переноса воды в ее жидкой фазе по поверхности Земли около 3650 лет, в 10000 раз больше, чем время ее переноса в атмосфере. Человек в процессе хозяйственной деятельности оказывает сильное воздействие на основу гидрологического цикла – испарение воды. Загрязнение водных объектов и в первую очередь морей и океанов нефтепродуктами резко ухудшает процесс физического испарения, а уменьшение площади лесов – транспирацию. Это не может не сказаться на характере круговорота воды в природе.
Рисунок 1.13- Круговорот воды [41] Глобальные круговороты жизненно важных биогенных элементов распадаются в биосфере на множество мелких круговоротов, приуроченных к локальным местам обитания различных биологических сообществ. Они могут быть более или менее сложными и в разной степени чувствительными к различного рода внешним воздействия. Но природа распорядилась так, что в естественных условиях эти биохимические круговороты являются «образцовыми безотходными технологиями». Цикличность охватывает 98-99% биогенных элементов и лишь 1-2% уходит даже не в отходы, а в геологический запас (рисунок 1.14).
1.8 Основы устойчивости биосферы
Устойчивость экосистем и их совокупности биосферы зависит от многих факторов (рисунок 1.15), суть наиболее важных из них в следующем:
Рисунок 1.15- Факторы устойчивости биосферы [41] 1. Биосфера использует внешние источники энергии: солнечную энергию и энергию разогрева земных недр для упорядочения ее организации, эффективного использования свободной энергии, не вызывая загрязнения окружающей среды. Постоянное использование определенного количества энергии и ее рассеивание в виде тепла создало эволюционно сложившийся тепловой баланс в биосфере. Для биоценозов характерен закон (принцип) «энергетической проводимости»: сквозной поток энергии, проходя через трофические уровни биоценоза, постоянно гасится. В 1942 г. Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергии или закон (правило) 10 %, согласно которому с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой более высокий ее уровень (« по лестнице » продуцент - консумент - редуцент) в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. 2. Биосфера использует вещества (преимущественно легкие биогенные элементы) в основном в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов отработаны эволюционно и не приводят к накоплению отходов. 3. В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между видами способствуют установлению между ними равновесия. При этом практически отсутствуют доминирующие виды с чрезмерной численностью, что обеспечивает защиту биосферы от сильной опасности со стороны внутренних факторов. Видовое разнообразие- это фактор повышения устойчивости экосистем к воздействию внешних факторов. Генофонд дикой природы - бесценный дар, возможности которого пока использованы лишь в малой степени. 4. Практически все закономерности, характерные для живого вещества, имеют адаптивное значение. Биосистемы вынуждены приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условиям жизни. В вечно меняющейся среде жизни каждый вид организма адаптирован по- своему. Это выражается правилом экологической индивидуальности: двух идентичных видов не существует. Экологическая специфичность видов подчеркивается так называемой аксиомой адаптированности: каждый вид адаптирован к строго определенной специфичной для него совокупности условий существования - экологической нише. 5. Саморегуляция или поддержание численности популяции зависит от совокупности абиотических и биотических факторов. Каждая популяция взаимодействует с природой как целостная система. Правило популяционного максимума: численность естественных популяций ограничена истощением пищевых ресурсов и условий размножения, недостаточностью этих ресурсов и слишком коротким периодом ускорения роста популяции. Любая популяция обладает строго определенной генетической, фенотической, половозрастной и другой структурой. Она не может состоять из меньшего числа индивидов, чем это необходимо для обеспечения ее устойчивости к факторам внешней среды. Принцип минимального размера не есть константа для любых видов, он строго специфичен для каждой популяции. Выход за пределы минимума грозит популяции гибелью: она уже не будет в состоянии самовосстановиться. Разрушение каждого из приведенных факторов может привести к снижению устойчивости, как отдельных экосистем, так и биосферы в целом.