Лекции по "Биосфера и человек"

Абиотические  факторы – это совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение организмов. Их делят на физические, химические и эдафические.

Физические факторы –  это те, источник которых – физическое состояние или явление (механическое, температурное воздействие и  др.), химические происходят от химического  состава среды (солёность воды, содержание кислорода и др.), эдафические (почвенные) – это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающие воздействие как на организмы почвенной биоты, так и на корневую систему растений (влияние влажности, структуры почв, содержания гумуса и т. п. на рост и развитие растений).

Всё живое, окружающее организм в среде обитания, составляет биотическую  среду. Биотические факторы –  это совокупность влияний жизнедеятельности  одних организмов на другие.

Биотические факторы способны влиять на абиотическую среду, создавая микроклимат или микросреду: например, в лесу летом прохладнее и влажнее, а зимой – теплее. Но микросреда может иметь и абиотическую природу: под снегом, в результате его отепляющего  действия, выживают мелкие животные (грызуны), сохраняются всходы озимых злаков.

Антропогенные факторы – факторы, порождённые человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.).

В начале 70-х годов XX в. американский биолог и эколог Барри Коммонер обобщил системность в экологии в виде четырёх законов. Их соблюдение – обязательное условие любой деятельности человека в природе.

 
Биотические факторы, воздействующие на растения как первичные продуценты органического вещества, подразделяют на зоогенные и фитогенные.

Живое неотрывно от среды. Среда – одно из основных экологических понятий, которое означает весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, всё то, среди чего он живёт и с чем непосредственно взаимодействует. При этом организмы, приспособившись к определённому комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия, т. е. среду своего существования.

Несмотря на многообразие экологических факторов и различную  природу их происхождения, существуют некоторые общие правила и  закономерности их воздействия на живые  организмы.

Для жизни организмов необходимо определённое сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это  условие становится решающим для  жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором.

Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света  и т.п. В середине XIX века немецкий химикорганик Юстас Либих в 1840 г. первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал это явление законом минимума; в честь автора его ещё называют законом Либиха:

 

Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы удобрениями  и т.п.

Понятие о том, что наравне  с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввёл американский зоолог В. Шелфорд в 1913г., сформулировавший закон толерантности:

 
Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения.

Максимально и минимально переносимые значения фактора –  это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно. В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом.

Виды, для существования  которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными (форель, орхидея), а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, – эврибионтными (мыши, крысы, тараканы).

1.3.4. Состав среды

Состав  водной среды. Большая часть поверхности Земли покрыто водой. Распространение и жизнедеятельность организмов в водной среде в значительной степени зависят от её химического состава. Тем не менее, проблемы, связанные с водой, возникают даже у водных организмов.

Состав  воздуха. Состав воздуха в современной атмосфере находится в состоянии динамического равновесия, зависящего от жизнедеятельности живых организмов и геохимических явлений глобального масштаба.

Состав  почв представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, включающей твёрдые, жидкие и газообразные компоненты.

Содержание воды в почве. Общее количество воды, которое может быть удержано почвой, складывается из гравитационной, физически связанной, капиллярной, химически связанной и парообразной воды.

Содержание воздуха в  почве. Поры почвы, не занятые водой, заполняет почвенный воздух. Насыщенность воздухом играет важную роль в почвенных  процессах. По сравнению с составом атмосферного воздуха из-за дыхания  организмов с глубиной уменьшается  содержание кислорода (до 10%) и увеличивается  концентрация диоксида углерода (достигая 19%).

В процессе исторического  развития живые организмы освоили четыре среды обитания. Первая – вода. В воде жизнь зародилась и развивалась многие миллионы лет. Вторая – наземно-воздушная – на суше и в атмосфере возникли и бурно адаптировались к новым условиям растения и животные. Постепенно преобразуя верхний слой суши – литосферы, они создали третью среду обитания – почву, а сами стали четвёртой средой обитания [Акимова, 2001].  

1.4. Экология и здоровье человека

1.4.1. Влияние природно-экологических  факторов на здоровье человека

 
Изначально Homo Sapiens был подвержен тем же факторам регуляции и саморегуляции экосистемы, что и весь животный мир. Главными из ограничивающих факторов были гипердинамия и недоедание. Среди причин смертности на первом месте стояли патогенные воздействия природного характера. Особое значение среди них имели инфекционные болезни, отличающиеся, как правило, природной очаговостью.

Суть природной очаговости в том, что возбудители болезней, её переносчики и хранители существуют в данных природных условиях (очагах) вне зависимости от того, обитает здесь человек или нет. Человек может заразиться от диких животных (грызунов, птиц, насекомых и др.), проживая в этой местности постоянно или случайно оказавшись здесь. Природно-очаговые болезни являлись основной причиной гибели людей вплоть до начала ХХ в.

Заболевания, связанные с окружающей человека природной средой, существуют и в настоящее время, хотя с  ними ведется постоянная борьба. Это  объясняется, в частности, причинами  сугубо экологической природы, например, резистентностью носителей возбудителей и самих возбудителей болезней.

Высокая смертность людей от инфекционных болезней обусловила достаточно медленный  рост численности населения –  первый миллиард жителей на Земле  появился лишь в 1860 г. Открытия Пастера  и др. в конце XIX в. дали мощный толчок развитию профилактической медицины, что улучшило санитарно-гигиенические  условия жизни и привело к  резкому снижению заболеваемости природно-очаговыми  болезнями, а некоторые из них  практически исчезли в ХХ в.

1.4.2. Влияние социально–экологических  факторов на здоровье человека 

Искусственная среда также требует  адаптации к себе, которая происходит через болезни. Причины возникновения  болезней в этом случае следующие: гиподинамия, переедание, информационное изобилие, психоэмоциональный стресс. С медико-биологических позиций наибольшее влияние социально–экологические факторы оказывают на следующие тенденции:

 

Эти тенденции в различной степени  характерны практически для всех местообитаний человека, но наиболее рельефно они выступают в условиях городской среды.

Гигиена – наука о здоровом образе жизни. Интенсивно начала развиваться более 100 лет назад благодаря работам Л. Пастера, Р. Коха, И.И. Мечникова и др. Её основная задача – разработка научных основ санитарного надзора, обоснование санитарных мероприятий по оздоровлению населённых пунктов, охрана здоровья детей и подростков, разработка санитарного законодательства, санитарная экспертиза качества пищевых продуктов и предметов бытового обихода.

Важнейшей задачей этой науки является разработка гигиенических нормативов для воздуха населённых мест и  промышленных предприятий, воды, продуктов  питания и материалов для одежды и обуви человека с целью сохранения его здоровья и предупреждения заболеваний [Агаджанян, 1997].

2. ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ 
 
2.1. Демографическая и продовольственная проблемы

Демографическая проблема – глобальная проблема человечества, связанная с продолжающимся значительным приростом населения Земли, опережающим рост экономического благосостояния, в результате чего обостряются продовольственная и другие проблемы, угрожающие жизни населения в этих странах.  
 
Отрицательное воздействие на окружающую среду оказывают все страны мира: промышленно развитые и аграрные. Влияние первых, в основном, связано с техногенными загрязнениями (проживающие в этих странах от 20 до 25% мирового населения выбрасывают в среду около 80% загрязнений) и порождаемыми ими экологическими проблемами: кислотные дожди, глобальное потепление и т.д.; вторых – с прямым уничтожением природы: сведением лесов, исчерпанием природных ресурсов и т.п. 
 
Демографическая проблема оказывает влияние не только на положение отдельных стран мира, но и влияет на развитие мировой экономики и международных отношений, требует к себе серьезного внимания, как учёных, так и правительств различных государств. 
 
Продовольственная проблема – является одной из наиболее острых, состоящая в нехватке калорийного и рационального питания, которым, по данным ООН, обеспечена лишь 1/3 часть населения Земли (абсолютную нехватку продовольствия по калориям испытывает каждый седьмой житель планеты). 
Продовольственная проблема тесно связана с демографической проблемой.  
Для решения продовольственной проблемы существует два пути:

1. экстенсивный путь, состоящий в освоении новых сельскохозяйственных и рыбопромысловых угодий и требующий значительных технических затрат и рациональных программ;
2. интенсивный путь, состоящий в повышении продуктивности уже имеющихся угодий путём развития агротехнической культуры, выведения высокоурожайных сортов растений и высокопродуктивных пород домашних животных и птицы, механизации, химизации, мелиорации, развитии аквакультуры и т.п. [Цветкова, 2001].

2.2. Парниковый эффект

Парниковый эффект был  обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896 году.

Парниковый  эффект – постепенное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере "парниковых газов" (углекислый газ, метан, оксиды азота и др.), которые аналогично покрытию теплицы или закрытым стеклам автомобиля, пропуская солнечные лучи, препятствуют инфракрасному (тепловому) излучению с поверхности Земли.

Явление парникового эффекта  позволяет поддерживать на поверхности  Земли температуру, при которой  возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности  земного шара была бы значительно  ниже, чем она есть сейчас. Однако при повышении концентрации "парниковых газов" увеличивается непроницаемость  атмосферы для инфракрасных лучей, что приводит к повышению температуры  Земли, изменению погоды и климата.

Рост концентрации "парниковых газов" связан с хозяйственной  деятельностью человека, в первую очередь – сжиганием углеродного  ископаемого топлива (нефти, газа, угля и др.), автомобильным транспортом, промышленными процессами, а также  сведением лесов – естественных поглотителей углекислого газа из атмосферы.

2.2.1. Глобальное потепление

Вследствие парникового  эффекта за последние 100 лет средняя  температура поверхности Земли  выросла на 0,74°С, причём темпы её роста постепенно увеличиваются. 
По прогнозам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) – к концу 21 века температура Земли может повыситься от 1,8 до 4,6°С.

 
2.2.2. Глобальные последствия  и их преодоление

Правильнее было бы говорить не о "глобальном потеплении", а  о "глобальных изменениях климата". Ведь помимо роста температуры происходит и ряд других, связанных с потеплением  изменений в сложной и многосвязной системе, какой является наша "машина погоды" – климатическая система  Земли. Проявляются они в следующем:

• усиление изменчивости погоды (сильные морозы, сменяющиеся резкими оттепелями зимой, рост числа необычайно жарких дней летом);
• угроза для экосистем и биоразнообразия (мигрирующие виды птиц стали раньше прилетать весной и позже улетать осенью, исчезли до 40% видов растений и животных, поскольку их среда обитания изменяется быстрее, чем они могут приспособиться к этим изменениям; при повышении температуры на 1°С прогнозируется изменение видового состава леса);
• увеличение частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений (штормов, ураганов, наводнений, засух);
• усиление неравномерности выпадения осадков, а также таких процессов как таяние ледников и вечной мерзлоты, подъёма уровня океана и т.п.