Лекции по "Биосфера и человек"

Эти и другие проявления климатической изменчивости ежегодно становятся причиной тысяч смертей  и наносят колоссальный ущерб.

Вне зависимости от того, причастен ли к ним человек  или нет, необходимо предпринимать  меры по противодействию этим изменениям, сдерживать темпы роста температуры  с тем, чтобы избежать опасных  и необратимых последствий для  природы, экономики и общества в  будущем. 
Предотвратить их полностью человечеству вряд ли удастся. Однако можно попробовать смягчить климатические изменения. В первую очередь, за счёт:

• ограничения и сокращения потребления ископаемого углеродного топлива (угля, нефти, газа);
• повышения эффективности потребления энергии;
• внедрения мер по энергосбережению;
• более широкого использования неуглеродных и возобновляемых источников энергии;
• развития новых экологически чистых и низкоуглеродных технологий;
• через предотвращение лесных пожаров и восстановление лесов, поскольку леса – естественные поглотители углекислого газа из атмосферы [Гарина, 2003].

2.3. Озоновые дыры

Озоновая  дыра – локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли.

Жизнь на Земле немыслима  без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям – вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. Истощение озонового слоя способствует усилению "парникового эффекта" и общему загрязнению окружающей среды.

В целом содержание озона  в атмосфере за последние два  десятилетия значительно уменьшилось. Поэтому так важно понять причины  возникновения "озоновых дыр".

Озон образуется в верхней стратосфере (40-50км) при фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. В нижней стратосфере (10-25км), где озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс. Содержание озона здесь определяют химический состав атмосферы и долговременные (с периодом более 10 лет) вариации процессов переноса.

Основным антропогенным  фактором, разрушающим озон, считают фреоны – хлорфторуглероды (ХФУ), чрезвычайно химически стойкие вещества, которые широко используются как газы-носители в аэрозольных баллончиках и т.п.

Из других техногенных  причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано разрушение озона  при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние  слои атмосферы оксидов азота  и некоторых углеводородов. Уничтожают озон полёты сверхзвуковых самолётов  в стратосфере, запуски космических  ракет.

Есть предположение о  существенном вкладе природных явлений  в процессы разрушения озона и  возникновения "озоновых дыр". Например, 11-летние циклы солнечной активности, выход озонразрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры. 
"Озоновые дыры" несут в себе угрозу человечеству и требуют постоянного экологического мониторинга за ними [Гарина, 2003].

 
2.4. Кислотные дожди

Впервые термин "кислотный  дождь" был введён в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом при изучении викторианского смога в Манчестере.

Смог (дым, туман) – загрязнение приземного слоя воздуха в больших городах смесью дыма и газовых отходов предприятий и транспорта.

Существуют три вида смога:

1. влажный лондонского типа в сочетании с туманом;
2. сухой лос-анджелесского типа, возникающий в результате фотохимических реакций в газовых выбросах под действием ультрафиолетовой солнечной радиации, образует едкую устойчивую синеватую дымку-пелену;
3. ледяной аляскинского типа от бытовых выбросов и пара на отопительных системах, он типичен для резкоконтинентальных зон умеренного пояса.

Смог снижает видимость, вызывает раздражение слизистой  оболочки глаз, носоглотки, верхних  дыхательных путей, повреждает растительность.

Во второй половине XX века стало понятно, что кислотные  дожди несут в себе угрозу окружающей среде.

Кислотный дождь – все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение показателя pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (оксидами серы, оксидами азота).

Оксиды серы. Эти соединения попадают в атмосферу естественным путём при извержениях вулканов, но значительная часть атмосферных оксидов серы образуется в результате сжигания природного топлива. Уголь и нефть содержат небольшое количество серы. При сжигании этих видов топлива в атмосферу попадает сера в соединении с кислородом. Растворяясь в дождевых каплях, оксид серы образует серную кислоту.

Оксиды азота. При достаточно высокой температуре содержащийся в воздухе азот соединяется с кислородом с образованием оксида азота. В природе это может произойти во время разряда молнии, но основная часть оксидов образуется при сжигании бензина в двигателях внутреннего сгорания (например, в автомобилях) или при сжигании угля. При растворении этих веществ в капельках воды образуется азотная кислота.

Таким образом, дожди становятся кислотными при вымывании из воздуха  серных и азотных соединений. Это  явление имеет несколько последствий, губительных для природы. Например, многие исторические здания построены  из известняка – строительного материала, реагирующего с кислотой. С течением времени кислотные дожди буквально  разъедают поверхность этих зданий. При выпадении кислотных дождей также происходит закисление почвы и ухудшаются условия существования лесов. И, наконец, кислотные дожди повышают кислотность рек и озер, создавая угрозу флоре и фауне.

Методы борьбы с образованием кислотных дождей направлены на улучшение  технологии удаления соединений серы из воздушных выбросов промышленных предприятий и электростанций, для  чего обычно используют устройство под  названием скруббер.

Скруббер - это установка очистки воздушных выбросов от пыли, кислотных, щелочных примесей, легкорастворимых в воде веществ и масляного тумана. Скрубберы можно использовать для улавливания паров растворителей, а также многих других веществ с подбором соответствующих видов реагентов-поглотителей [Денисов,2003].

2.5. Экологические принципы  рационального использования природных  ресурсов и охраны природы

Природные ресурсы – элементы природы, используемые как источники средства существования людей.

Классификация природных  ресурсов, основанная на различных  целевых подходах к их эксплуатации: с точки зрения их доступности (реальные и потенциальные), происхождения (природные, антропогенные), химической природы (органические, минеральные), по принадлежности к тем или иным компонентам природы (земельные, водные, ископаемые, растительные, в том числе, лесные), по назначению (производственные, научные, эстетические, рекреационные), по сфере использования (энергетические, сырьевые, пищевые).

Ресурсы делят также на первичные (непосредственно добываемые в природе) и вторичные материальные (поддающиеся утилизации побочные продукты различных отраслей). Есть и экологические ресурсы - качество окружающей среды, соответствующее требованиям человеческого организма.

Природные ресурсы обычно подразделяются на невозобновимые (полезные ископаемые), возобновимые (в основном биологические) и "неисчерпаемые" (энергия Солнца, вода, воздух, тепло недр и др.). К этой же последней категории могут быть отнесены и такие системы жизнеобеспечения как глобальные биогеохимические циклы основных элементов, глобальный гидрологический цикл, циркуляция атмосферы и океана, процессы синтеза-деструкции органического вещества и пр. Это весьма условное деление. Границы между категориями ресурсов размыты.

Основываясь на фундаментальных  законах природы, П.Р. Эрлих сформулировал  пять принципов, или "железных законов" охраны природы, которые Н.Ф. Реймерс дополнил шестым. Эти принципы должны лежать в основе повседневной деятельности каждого человека.

1. В охране природы возможны только успешная оборона или отступление. Наступление невозможно: вид или экосистема, однажды уничтоженные, не могут быть восстановлены.
2. Продолжающийся рост народонаселения и охрана природы принципиально противоречат друг другу.
3. Экономическая система, охваченная манией роста, и охрана природы так же принципиально противоречат друг другу.
4. Не только для всех других организмов, но и для человечества смертельно опасно представление о том, что при выработке решений об использовании Земли надо принимать во внимание одни лишь ближайшие цели и немедленное благо человека.
5. Аргументы об эстетической ценности различных форм жизни, о том интересе, который они представляют сами по себе, или призывы к сочувствию по отношению к нашим, быть может единственным живым спутникам в космосе попадают в уши глухих. Охрана природы должна считаться вопросом благосостояния и в более далекой перспективе - выживания человека.
6. Не повторяющееся и неповторимое заслуживает особой охраны (принцип уникальности) [Романова, 1993].

2.6. Мониторинг, классификация

 
Термин "мониторинг" был официально выдвинут в 1972 году на Стокгольмской  конференции ООН по окружающей среде.

Экологический мониторинг – комплексная система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды под действием природных и антропогенных факторов. Основной принцип мониторинга – непрерывное слежение. Экологический мониторинг является составной частью экологического контроля и обеспечивает эту службу необходимой информацией о состоянии окружающей природной среды.

По территориальному охвату различают три ступени экологического мониторинга:

• локальный (биоэкологический, санитарно-гигиенический);
• региональный (геосистемный, природно-хозяйственный);
• глобальный (биосферный, фоновый), включающий в себя наблюдения за состоянием окружающей среды из космоса – космический мониторинг.

В программу локального мониторинга, ограниченного небольшой территорией, входят биоэкологические (санитарно-гигиенические) наблюдения за изменением в различных  сферах содержания загрязняющих веществ, обладающих канцерогенными, мутагенными  и иными неблагоприятными свойствами.

Пункты экологических  наблюдений располагаются в местах концентрации населения и районах  интенсивной его деятельности с  таким расчётом, чтобы они контролировали основные линии связи человека (трофические  и др.) с естественными и искусственными компонентами окружающей среды. Это  могут быть территории промышленно-энергетических центров, атомных электростанций, нефтепромыслов, агроэкосистем с интенсивным применением ядохимикатов и др.

На региональном (геосистемном) уровне наблюдения ведут за состоянием экосистем крупных природно-территориальных комплексов (бассейнов рек), где имеются отличия параметров от базового фона ввиду интенсивных антропогенных воздействий.

Обеспечить наблюдение, контроль и прогноз возможных изменений  в биосфере в целом – задача глобального мониторинга. Его называют ещё фоновым, или биосферным. Объектами глобального мониторинга являются атмосфера, гидросфера, растительный и животный мир и биосфера в целом как среда жизни всего человечества.

При выполнении работ по программе глобального мониторинга  особое внимание уделяют наблюдениям  за состоянием природной среды из космоса, с помощью спутниковых  дистанционных методов. Космический мониторинг позволяет получить уникальную информацию о функционировании экосистем, как на региональном, так и на глобальном уровнях [Степановских, 2003].  

2.7. Методы контроля за состоянием загрязнения окружающей среды

Загрязнение – это всё то, что появляется не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит её системы из равновесия, отличается от нормы, обычно наблюдаемой и (или) желательной для человека.

 
2.7.1. Загрязнение почв

Поверхностные горизонты почв легко  загрязняются. Основные загрязнители почвы:

Стремясь повысить урожаи выращиваемых культур, человек широко применяет  удобрения, пестициды, строит оросительные и осушительные системы.

Одним из видов антропогенного воздействия  на почву является усиление процессов  водной и ветровой эрозии. Эрозия – процесс разрушения и переотложения почвенных частиц воздушными или водными потоками. Эрозия почвы происходит и в естественных условиях, однако она значительно ускоряется вследствие антропогенного воздействия на экосистемы, выражающегося в чрезмерной и неправильной распашке земли, в том числе без учёта рельефа, сведения лесов.