Экология как наука

       Для более детального ознакомления с историей развития экологического учения рекомендуем материал, изложенный в монографии В.Т. Богучарскова (2005).

Как было отмечено выше, экология как наука обязана своим происхождением немецкому зоологу-эволюционисту Э. Геккелю. Во втором томе труда «Всеобщая морфология организмов» (1866 г.) он дал следующее определение экологии: «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Они частично органической, частично неорганической природы… К неорганическим относятся физические и химические свойства местообитаний организмов – климат (свет, тепло, влажность и атмосферное электричество), неорганическая пища, состав воды и почвы и т.д. В качестве органических условий существования мы рассматриваем общие отношения организмов ко всем остальным организмам, с которыми он вступает в контакт и из которых большинство содействует его пользе или вредит. Каждый организм имеет среди остальных своих друзей и врагов таких, которые способствуют его существованию, и тех, что ему вредят. Организмы, которые служат пищей остальным или паразитируют в них, во всяком случае относятся к данной категории органических условий существования».

       2. Значение растений в жизни человека.

       В жизни человека растения имеют очень большое значение. Самые различные по своему происхождению, распространению и систематическому положению растения употребляются человеком для той или иной определенной цели.

       В практике все растения разделяют на группы по их применению.

       Из пищевых растении особенно важны хлебные злаки. По значению для питания человека на первом месте нужно поставить пшеницу и за ней – рис. Из овощей на первом месте по мировой продукции стоит картофель, остальные овощи (в средних широтах главным образом капуста, репа, морковь, свекла и др.) ему значительно уступают. Однако и они в сумме дают немалую продукцию. Не менее значительная продукция разнообразных овощных растении в тропических и субтропических странах.

Немалую роль в питании человека играют и плодовые растения.

       Как плоды, так и овощи, особенно если они поедаются в сыром виде, имеют не только пищевое, но и особое значение в пищевом режиме ввиду содержания в них различных специальных веществ, главным образом витаминов, вырабатываемых только растениями и необходимых для жизни человека и животных.

       Как наиболее важные из разводимых плодовых растении можно указать некоторые ягоды (смородина, крыжовник, малина), плодовые деревья (яблони, груши, сливы, вишни, абрикосы и персики) и особенно виноград. Немалое значение также имеют цитрусовые (апельсины, мандарины, лимоны и др.). Для тропиков важнейшие плодовые растения – финиковая пальма (главным образом в Северной Африке) и особенно бананы и ананасы.

Из других пищевых растений нужно указать на некоторые зернобобовые, как горох, фасоль, соя и др. В отличие от большинства других пищевых продуктов растительного происхождения,  они богаты белками и поэтому могут иметь особое значение в белковом питании человека. Зернобобовые играют большую роль в питании человека в некоторых странах, например в Испании (фасоль), в Китае (соя). Большое значение имеют бобовые (особенно клевер и люцерна), используемые на корм животным в виде зеленой массы. На корм широко используются и другие растения, например злаки, как разводимые, так и дикорастущие.

       Довольно широко используются человеком масленичные растения. Если вегетативные органы растении обыкновенно бедны жирами, то у большинства видов семена, а у некоторых (например, у оливкового дерева и масличной пальмы) и мякоть плодов богаты маслом. Семена и отчасти плоды масличных растении используются для получения растительного масла, идущего на пищевые и технические цели. В основном используются подсолнечник, лен-кудряш, коноплю, горчицу, клещевину (масло только для технических или медицинских целей), сою и др. Названные растения содержат в семенах от 25 и 40 % масла (у сои – 15-26%). Важное значение за рубежом принадлежит кокосовому маслу.

       Далее нужно указать на сахароносы. Важнейшие из них – сахарная свекла, культивируемая в областях умеренного климата, и сахарный тростник, разводимый в субтропиках и тропиках.

       Наконец нужно упомянуть растения, дающие пряности (перец, корица, гвоздика, кардамон, мускатный орех, ваниль и др.).

      Материал для одежды дают так называемые прядильные или волокнистые растения. Из них получают волокна, состоящие из очень вытянутых, но узких клеток, с утолщенными, но не одревеснелыми оболочками. Они имеют большую гибкость и эластичность, допускающие прядение их в нити, из которых уже приготавливается ткань. У одних растений прядильные волокна добываются из стеблей (лен, конопля), у других – из листьев (новозеландский лен), у третьих – из волосков, покрывающих семена (хлопчатник).

       Из прядильных растении наиболее важен хлопчатник. Культура его распространения в тропических, субтропических и умеренно теплых областях. Наибольшую продукцию хлопка дает Средняя Азия.

       Хлопчатник имеет также первостепенное значение как масличное растение. Хлопковое масло отжимается из семян после отделения их от прядильных волосков.

Большое значение также имеет лен; изготовляемые из льняной пряжи ткани более прочны и ценны, чем хлопчатобумажные.

       Другие волокнистые растения имеют меньшее значение и дают большей частью более грубое, отчасти одревесневшее волокно, идущее на грубые ткани и веревки. Из них наиболее важна конопля, имеющая одновременно значение масличного растения, меньшее значение имеют кендырь, кенаф, рами, канатик.

       Очень большое значение в жизни человека имеет древесина. Россия приблизительно обладает 1/3 площади всех лесов мира. При таком богатстве нашей страны лесами древесина получает у нас совершенно исключительное значение. Древесина используется не только как строительный материал, но идет и на различные другие нужды. Также в больших количествах древесина используется в целлюлозно-бумажной и лесохимической промышленности.

       Древесина используется не только в натуральном виде,  но и после специальных обработок, вследствие которых она приобретает более высокие технические свойства (прессование, клееная, слоистая). Ряд ценных материалов вырабатывается из  измельченной (стружки, опилки) древесины. Из продуктов гидролиза древесины получают этиловый  и метиловый спирты и фурфурола.

Потребность в древесине, несмотря на то, что в строительстве она все более и более замещается другими материалами, непрерывно возрастает.

       Дубильные растения. Содержащиеся в них дубильные вещества (танниды), действуя на снятую шкуру животного, придают ей эластичность и  другие нужные качества. Для этой цели используются у нас как дубители еловая и ивовая кора, кора и древесина дуба, листья сумаха, листья и корневища бадана и др.

       Красильные растения также довольно многочисленные и разнообразны. Раньше они очень широко применялись для окраски тканей, и некоторые, как крап или марена, широко культивировались для этой цели. С середины 19 века красильные растения в основном заменены более дешевыми искусственными красителями  и сохранили свое значение больше в кустарной промышленности (ковровой и т.п.) или пищевой (для подкраски конфет и некоторых других пищевых продуктов).

       Эфиромасличные и декоративные растения очень многочисленны, разнообразны и широко культивируются. Первые, благодаря содержанию в них душистых эфирных масел, находят большое применение в парфюмерной и отчасти пищевой промышленности, а вторые в массе видов и сортов культивируются для украшения садов и парков.

       Каучуконосные растения, дающие материал для получения резины, необходимой для шинной промышленности, электропромышленности (изоляционный материал) и предметов широкого потребления (галоши и др.), имеют сейчас очень большое значение, несмотря на широкое развитие производства синтетического каучука. Важнейшим каучуконосом тропиков нужно считать бразильское дерево хевею (из молочайных).

       Лекарственные растения применялись человеком для лечения болезней с глубокой древности и в медицине имели исключительно большое значение. Собственно, даже самое развитие ботаники, начиная с древности, происходило в значительной степени на почве выявления и изучения именно лекарственных растении. У разных народов в совокупности применялось до 12000 видов таких растении. В настоящее время значение их далеко не так велико, так как многие лекарственные вещества готовятся сейчас синтетически. В фармакопее содержится около 140 видов лекарственных растении и еще несколько десятков видов применяется, не вошедших в фармакопею. Действие их основывается на содержании особых веществ, чаще всего алкалоидов и глюкозидов, которые нередко сильно ядовиты, но в малых дозах оказывают лечебное действие.

       Как примеры лекарственных растении можно указать следующие: 1) клещевину, дающую слабительное касторовое масло (действующее начало – рициноловая кислота); 2) тропическую чилибуху, содержащую сильно ядовитый алкалоид стрихнин, который в малых дозах оказывает лекарственное действие; 3) тропическое хинное дерево, содержащее алкалоид хинин; 4) тропическое дерево кока, которое содержит алкалоид кокаин, имеющий анестезирующие свойства.

       К лекарственным растениям в известной мере примыкают чайный куст, кофейное и шоколадное деревья. Вырабатываемые из них продукты – чай, кофе и какао или возбуждают деятельность сердца, и этим определяется их лекарственное значение. Однако широкое применение названных продуктов обусловлено в первую очередь их вкусовыми и отчасти возбуждающими свойствами (для какао также и питательным значением).

       Кроме высших хлорофиллоносных растении, для человека имеют также большое значение и некоторые низшие растения, особенно бесхлорофилльные, как бактерии и грибы. Они используются человеком, с одной стороны, для брожении, дающих те или иные нужные ему продукты (спиртовое, уксуснокислое, молочнокислое и другие), а с другой стороны, они играют существенную роль в создании плодородия почвы. В последние 20 лет низшие бесхлорофилльные растения приобрели большое значение как продуценты антибиотиков, получивших широкое применение в медицинской практике (пенициллин, стрептомицин и многие другие). Некоторые грибы имеют, кроме того, значение съедобных.

       Велика и отрицательная роль бактерии и грибов как возбудителей инфекционных болезней. При этом бактерии вызывают преимущественно болезни животных и самого человека (туберкулез, дифтерия, холера, брюшной тиф и др.), а грибы – болезни растении, в том числе и важнейших культурных растений (ржавчина и головня хлебных злаков и др.).

      3. Основные мероприятия по снижению выбросов автотранспорта.

       Из всех составных частей биосферы для нормальной жизнедеятельности человека, прежде всего, нужен воздух. Без еды человек может прожить до пяти дней, без воздуха не более пяти минут. В сутки человек в среднем потребляет около килограмма пищи, до двух с половиной литров воды и кислород из двадцати килограммов воздуха. Но потребляемый воздух должен отвечать определённым санитарным требованиям, иначе он вызовет острые или хронические заболевания. В результате промышленных выбросов воздух многих зарубежных городов загрязнен настолько, что днем почти не видно солнца.            Промышленная пыль представляет собой один из основных видов загрязнения атмосферы. Вред, причиняемый пылью и золой, является глобальным. Запыленная атмосфера плохо пропускает ультрафиолетовую радиацию, обладающую бактерицидными свойствами, и препятствующую самоочищению атмосферы. Пыль засоряет слизистые оболочки дыхательных органов и глаз, раздражает кожные покровы человека, является переносчиком бактерий и вирусов, снижает освещенность улиц, заводских зданий, жилищ, вызывая перерасход электроэнергии. Сажа, являющаяся компонентом пыли и представляющая собой практически чистый атмосферный углерод, увеличивает заболеваемость раком легких. 
       Атмосферный воздух - это источник дыхания человека, животных и растительности, сырьё для процессов горения и синтеза химических веществ; он является материалом, применяемым для охлаждения различных промышленных и транспортных установок, а также средой, в которую выбрасываются отходы жизнедеятельности человека, высших и низших животных и растений. 
Важную роль во всех природных процессах играет атмосфера. Она служит надежной защитой от вредных космических излучений, определяет климат данной местности и планеты в целом. Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды, её животворным источником. Беречь его, сохранять в чистоте - значит сохранять жизнь на Земле. 
       Во Вселенной земная атмосфера - уникальное и удивительное явление. Она состоит из азота, кислорода, аргона, углекислого газа и других элементов. К бесценным богатствам нашей планеты следует отнести в первую очередь богатую кислородом и сбалансированную по газовому составу атмосферу. 
       Атмосфера является составной частью биосферы и представляет собой газообразную оболочку Земли, вращающуюся вместе с ней как единое целое. Эта оболочка слоиста. Каждый слой имеет своё название и характерные физико-химические особенности. Условно принято атмосферу делить на две большие составные части: верхнюю и нижнюю. Наибольший интерес представляет для нас нижняя часть атмосферы, главным образом тропосфера, поскольку в ней происходят основные метеорологические явления, влияющие на загрязнение атмосферного воздуха. 
       Атмосферный воздух выступает своего рода посредником загрязнения всех других объектов природы, он способствует распространению больших масс загрязнений на большие расстояния. Промышленными выбросами, переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода. 
 
       Таким образом, на территорию России ежегодно через западные границы вместе с воздушными массами поступает около 2 млн. тонн двуокиси серы и около 10 млн. тонн сульфатов. 
       Сжигание таких видов топлива, как уголь, нефть, сланцы, ведет к загрязнению воздуха сернистым газом - источником закисления почв и водоемов. Высвободившиеся при этом тепло рассеивается в окружающую среду и служит источником теплового загрязнения атмосферы. 
       Степень вредности загрязняющих природу веществ зависит от многих факторов окружающей среды и от самих веществ. Научно-технический прогресс ставит задачу разработать объективные и универсальные критерии вредности. Это основополагающая проблема защиты биосферы на сегодняшний день окончательно ещё не решена. Анализ накопленных по этому вопросу данных, приведенный в исследовательских работах, показывает, что метод рассеивания, и разбавления загрязнителей не обеспечивает защиту биосферы

      Основные направления в области защиты атмосферы от загрязнения выбросами автотранспорта. 
       Основными направлениями работ в области защиты атмосферы от загрязнения выбросами автотранспорта являются: а) создание и расширение производства автомобилей с высокоэкономичным и малотоксичным двигателями, в том числе дальнейшая дизелизация автомобилей; б) развитие работ по созданию и внедрению эффективных систем нейтрализации отработанных газов; в) снижение токсичности моторных топлив; г) развитие работ по рациональной организации движения автотранспорта в городах, совершенствованию дорожного строительства с целью обеспечения безостановочного движения на автомагистралях. 
       К трудностям очистки газов от загрязнителей относится в первую очередь то, что объемы промышленных газов, выбрасываемых в атмосферу, огромны. Например, крупная теплоэлектроцентраль способна в один час выбросить в атмосферу до 1 млрд. куб. метров газов. Поэтому даже при весьма высокой степени очистки отходящих газов количество загрязняющего вещества, поступающего в воздушный бассейн, будет оцениваться значительной величиной. 
       Кроме того, нет единого универсального метода очистки для всех загрязнителей. Эффективный метод очистки отходящих газов от одного загрязняющего вещества может оказаться бесполезным по отношению к другим загрязнителям. Или метод, хорошо оправдавший себя в конкретных условиях (например, в строго ограниченных пределах изменения концентрации или температуры), в других условиях оказывается малоэффективным. По этой причине приходится использовать комбинированные методы, сочетать несколько способов одновременно. Все это определяет высокую стоимость очистных сооружений, снижает их надежность при эксплуатации. 
       Вредные примеси в отходящих газах могут быть представлены либо в виде аэрозолей, либо в газообразном или парообразном состоянии. В первом случае задача очистки состоит в извлечении содержащихся в промышленных газах взвешенных твердых и жидких примесей – пыли, дыма, капелек тумана и брызг. Во втором случае – нейтрализация газо- и парообразных примесей. 
       Очистка от аэрозолей осуществляется применением электрофильтров, методов фильтрации через различные пористые материалы, гравитационной или инерционной сепарации, способами мокрой очистки. 
       Очистка выбросов от газо- и парообразных примесей осуществляется методами адсорбции, абсорбции и химическими методами. 
       Адсорбция есть процесс поглощения газа или пара поверхностью твердых тел (адсорбентов) - силикагеля, активированного угля и других. В случае низкой концентрации и правильного подбора адсорбента этот метод позволяет извлекать любую примесь с высокой степенью очистки, достигающей 99 %. Адсорбенты используются в виде зерен размером 2-8 мм или в пылевидном состоянии. Загрязненный газ пропускается через слой адсорбента. 
       Абсорбционный способ очистки основан на различной растворимости компонентов газовой смеси в жидкости - абсорбенте. В качестве абсорбентов, используемых для очистки газовых выбросов, применяются вода, растворы щелочей, этаноламины и другие жидкости. К достоинствам абсорбционной очистки относятся, прежде всего, высокая степень очистки, непрерывность процесса, возможность извлечения большого количества примесей и возможность регенерации абсорбента, а к недостаткам - громоздкость оборудования, сложность технологических схем очистки. 
       Химические методы очистки газообразных отходов заключаются в том, что к отходящим промышленным газам добавляют различные реагенты. Вступающие в химические реакции с примесями. Иногда этими реагентами могут служить компоненты самих загрязнителей, а реакции поддерживаются применением катализаторов. В результате взаимодействия образуются новые соединения, не оказывающие отрицательного воздействия на природу. 
       Основное достоинство химических методов очистки - высокая степень очищения. 
Одним из видов химических методов может служить термическая очистка - дожигание отработавших газов. При высоких температурах происходит окисление содержащихся токсичных органических загрязнений кислородом воздуха до нетоксичных соединений. Дожигание органических примесей в газах промышленных выбросов и транспорта применяют в основном в тех случаях, когда утилизация их нецелесообразна или невозможна.