Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяция, биоценозы) и их динамика во времени и пространстве.
Основные задачи экологии могут быть сведены к изучению динами_и популяций, к учению о биоценозах и экосистемах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов. С этой точки зрения, главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.
8.2. Источники загрязнения биосферы.
Определение и структура биосферы.
Согласно современным представлениям, биосфера — это своеобразная оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
По физическим природным условиям биосфера может быть подразделена на три среды: атмосферу, гидросферу и литосферу.
Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Атмосферу делят на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Обширная область разряженной верхней атмосферы состоит преимущественно из ионов. Эта область обозначается как ионосфера. Большая часть массы атмосферы имеет относительно однородный азотно-кислородный состав. В тропосфере во взвешенном состоянии присутствуют также твердые и жидкие частицы, которые, как правило, называют аэрозолями. Принято выделять постоянные и переменные компоненты атмосферы в зависимости от длительности их пребывания в атмосфере. Таким примером является вода, находящаяся в атмосфере в разных формах и концентрациях. В то же время такое подразделение составных частей атмосферы является относительным, так как в течение длительных интервалов времени все компоненты атмосферы оказываются переменными.
Главными составными частями атмосферы являются азот, кислород аргон и углекислый газ.
Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон О3 .Его образование и разложение связаны с поглощением ультрафиолетовой радиации Солнца, которая губительна для живых организмов. Для образования озона необходимы свободные атомы кислорода, которые возникают при разложении молекул О2 под воздействием квантов излучения в ультрафиолетовой области.
Гидросфера — совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Как особая водная оболочка Земли, здесь рассматриваются лишь воды, находящиеся на поверхности планеты — материковые и океанические. Вследствие высокой подвижности воды возникают повсеместно в различные природные образования. Они находятся в виде паров и облаков в земной атмосфере, формируют океаны и моря, существуют в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов и в виде мощных ледяных панцирей покрывают полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять в себе многие вещества, в связи с этим воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов разной степени концентрации.
Подавляющая часть массы природных вод (94%) — это воды Мирового океана, представляющего собой уникальную природную систему. Здесь происходит грандиозный процесс обмена и трансформации энергии и вещества нашей планеты. Различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана — древнейшую область биосферы Земли. Со времени образования океана протекало изменение его природы под воздействием различных природных процессов: солнечного излучения, геологических и геохимических факторов и, что весьма важно, под влиянием биологических процессов.
Наиболее чистые атмосферные воды содержат 10-50 мг/л растворенных веществ. Морская (океаническая) вода представляет собой раствор, содержащий в среднем в 1 кг 35 г вещества. Можно считать, что в морской воде присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева. Однако преобладающая часть растворенных веществ представлена немногими химическими элементами: натрием, магнием, кальцием, хлором, углеродом, серой. Они находятся в морской воде в виде ионов различного типа.
Литосфера — верхняя «твердая» оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Включает земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы — 50-100 км, в том числе земной коры — до 75 км на континентах и 10 км под дном океана (рис. 2.3). Химический состав земной коры определяют немногие элементы. Всего лишь восемь элементов (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий) слагают основную ее массу. Ведущим и наиболее распространенным элементом является кислород, составляющий едва ли не половину массы земной коры (~ 47,3%) и 92% ее объема. Он прочно связан химически с другими элементами в главных породообразующих минералах. Земная кора сложена горными породами различного типа и различного происхождения. На осадочные породы приходится 9,2%, на метаморфические — 20% и на магматические — 70,8%. Поверхность континентов на 80% занята породами осадочными, а океаническое дно — почти полностью свежими осадками как продуктами сноса материала континентов и деятельности морских организмов. Земная кора первоначально возникла как продукт выплавления материала первичной мантии, который в дальнейшем был существенно переработан в биосфере под влиянием воздуха, воды и деятельности организмов. Континентальная часть земной коры в течение длительной геологической истории находилась в ту или другую эпоху в области биосферы, что наложило свой отпечаток на облик, состав и распространенность осадочных горных пород, и сосредоточенных в них месторождений полезных ископаемых в виде угля, нефти, горючих сланцев, кремнистых и карбонатных пород, связанных в прошлом с жизнедеятельностью организмов. Поэтому континентальная земная кора имела и имеет прямое и косвенное отношение к биосфере.
8.3.Основные загрязняющие компоненты выбросов и стоков.
Загрязнение воздуха.
В воздухе насчитываются сотни загрязняющих веществ. Наибольшее негативное влияние на атмосферу, породившее такие проблемы, как «парниковый эффект», «озоновые дыры» и кислотные дожди, оказывают следующие классы соединений: оксиды углерода; оксиды серы; оксиды азота; летучие органические вещества метан СН4, бензол С6Н6; взвешенные твердые частицы – пыль, сажа, асбест, соли металлов, диоксины, пестициды и др.
Парниковый эффект считают причиной глобального потепления, которое наблюдалось в последние 20 лет XX столетия. Так, 1998 г. Побил все рекорды: в Нью-Йорке в течение 40 дней температура не падала ниже 31 °С, суровая засуха привела к тому, что в США впервые сбор зерна упал ниже потребностей страны. На Ямайке пронесся страшный ураган, лишив крова 500 тыс. человек. Муссонные дожди затопили 2/3 территории Бангладеш – 25 млн. людей потеряли жилище. В Антарктиде откололся гигантский айсберг длиной 130 км. Жарко было и в Европе.
Следствие парникового эффекта, вызывающее наибольшие опасения, - это подъем уровня Мирового океана. Международная конвенция климатологов в Австрии (1988) прогнозировала к 2030 – 2050 гг. повышение температуры на 1,5 – 4,5 °С, что может вызвать подъем уровня океана на 50 – 100 см, а к концу XXI века - на 2 м. Трудно предсказать все страшнее последствия повышения уровня моря. Людей ждет не только «всемирный потоп», могут усилиться засухи и пожары. Огромные лесные массивы в результате сгорания станут дополнительными источниками углерода, что усугубит потепление.
Пылевое облако настолько снизило солнечную радиацию, что похолодание привело к увеличению снежного покрова. Это, в свою очередь, вызвало гибель на близлежащей территории 90 % молодых зайчат, а через 3 года было зафиксировано снижение поголовья рыси, которая погибала из-за недостатка пищи.
И все-таки из-за неопределенности ситуации нельзя отказываться от стратегического планирования, мириться с уничтожением лесов, выбросом в атмосферу парниковых газов.
Озоновый столб – это количество озона, через которое ультрафиолетовые лучи должны пройти из верхних слоев атмосферы до поверхности Земли в данном пункте.
Причины появления «озоновых дыр» объясняют по-разному. Возможно, это связано с естественными циклами в природе, на которые раньше не обращали внимания. Первоначально основной причиной разрушения озонового слоя считали воздействие сверхзвуковых транспортных самолетов, которые загрязняют стратосферу водой и оксидами азота, способными разрушать озон.
Но высокая стоимость таких полетов настолько замедлила развитие сверхзвуковых перевозок, что теперь они не представляют существенной угрозы для озонового экрана.
Выхлопные газы автомобилей и удобрения в почве – тоже источники оксидов азота. Известно, что бром в виде метилбромида, широко используемый в сельском хозяйстве, может разрушать озон. Сколько его улетучивается в атмосферу, пока неизвестно. Предполагают, что большие количества таких промышленных химикатов, как четыреххлористый углерод и метилхлороформ, могут выделять заметные количества хлора.
Кислотные дожди являются другим видом загрязнения атмосферы, не признающим государственных границ. Во многих странах (вначале в Скандинавии, а затем в США, Канаде, Северной Европе, Японии и др.) ученые обнаружили, что дождевая вода, казалось бы, самая чистая в природе, содержит большое количество кислот. Причина этого – выбросы в атмосферу оксидов серы и азота.