Екологічні системи та вплив на них людини
Введення
Біосфера (від грец. Bios - життя, sphaira - плівка) - жива оболонка Землі.
Термін «біосфера» вперше був використаний відомим австрійським вченим Е. Зюсом (1831-1914) в його книзі "Лик Землі» (1875).
Пізніше термін «біосфера» використовували й інші вчені, але вчення про біосферу в сучасному розумінні, було сформульовано В. І. Вернадським (1863-1945) у його знаменитій книзі «Біосфера» (1926). За В. І. Вернадському «Біосфера являє собою певну геологічну оболонку, різко відмінну від усіх інших оболонок нашої планети ...» І далі: «Жива речовина проникає всю біосферу та її значною мірою створює».
Як зазначав В. І. Вернадський, геохімічні процеси на Землі і формування лику Землі пов'язані з живими істотами, тому біосфера містить у собі власне живу оболонку Землі (живий матеріал у вигляді живих організмів, що населяють Землю в кожен момент) і колишні живі оболонки (колишньої живий матеріал), межі яких визначаються розподілом біогенних осадових порід.
За В. І. Вернадському «Жива речовина біосфери, єдиної області планети, закономірно пов'язаної з космічним простором, є сукупність її живих організмів, її живої речовини як планетного явища».
Відзначаючи, що «Століття і тисячоліття пройшли, поки людська думка могла відзначити риси єдиного зв'язкового механізму в уявній хаотичної картині природи», В. І. Вернадський зумів піднятися на вершини наукової творчості. Розвинені ним положення стали одним з найбільших природно-наукових узагальнень XX ст.
Підрозділи Біосфери
В. І. Вернадський поділив біосферу на тропосферу, літосферу і гідросферу.
Тропосфера - нижня частина атмосфери, висота якої сягає 20 км, де життю вже немає, але відбуваються міграція та обмін біогенних газів. Обсяг атмосфери, в якій виявляється життя, становить 7444600 км 8.
Літосфера - це тверда поверхня Землі, представлена її верхніми водонепроникними шарами глибиною до 2-5 км, нижче яких вже лежать осадові породи, а ще нижче - переплавлені породи гранітної оболонки. Обсяг грунтового шару, в якому виявляють життя, складає близько 100 000 км 3. Грунт заселена такими організмами як бактерії, корненожки, інфузорії, черв'яки (нематоди), олігохети, комахи, кліщі, дрібні ссавці, рослини.
Гідросфера - це водна частина біосфери, представлена річками, озерами, морями і океанами. Обсяг морів і океанів становить близько 1 млрд 370 млн км 3, тоді як обсяг озер, річок, водосховищ та облікованих підземних вод становить близько 8 млн км 3. Моря й океани є одним з основних біотопів, хоча близько 90% їх обсягу представлені глибинами, для яких характерний повний морок. З іншого боку, для глибин понад 4000 м характерно також дуже високий тиск, що становить близько 400 атмосфер. Можна сказати, що частина Світового океану є природною барокамерою, заповненої живими організмами.
Населення гідросфери представлено планктоном, бентосом і нектон. Планктон являє собою сукупність дрібних організмів тваринної і рослинної природи, які або не здатні до самостійного руху, пересуваючись разом з водою, або здатні, рухаючись у воді самостійно. Розрізняють фітопланктон, який у морях представлений одноклітинними водоростями (діатомовими), ціанобактеріями та іншими організмами, і зоопланктон, представлений одноклітинними форою-ніферамі, радіолярії і багатоклітинними кишковопорожнинних, а також черв'яками, ракоподібними, личинками безхребетних тварин і т. д. У планктоні прісних вод зустрічаються в основному нижчі ракоподібні та коловертки.
Бентос представляє собою сукупність тварин (зообентос) і рослин (фітобентос), провідних придонний спосіб життя (губки, кишковопорожнинні, черви, молюски, ракоподібні, голкошкірі, асцидії, водорості та ін.) У прісноводому бентосі містяться личинки деяких комах, черевоногі молюски, п'явки, губки (бадяги) та ін Нектон представлений великими плаваючими організмами (морські ссавці, риби, кальмари та ін.) Нектон прісних вод представлений короповими рибами.
Зона морських припливів і відливів (осушної зона), яка може складати всього лише кілька метрів, носить назву літо-рали. Вона заселена ракоподібними, черв'яками, молюсками.
Глибини водної частини біосфери залежать від водойми. В океані вони доходять до 10 км і більше, причому життя зустрічається на самих різних глибинах.
Вважають, що з часу появи життя на Землі живі істоти безперервно переробляли речовина літосфери, тропосфери і гідросфери. Тому потужність біосфери визначається біомасою живуть одночасно на Землі організмів. Підраховано, що біомаса живих істот становить 2,423 '10 12 тонн, з яких на частку сухопутних організмів доводиться 2,42 '10 12 тонн, водних - 0,003 '10 12. Підраховано також, що одну третину біомаси Землі становлять одноклітинні організми, бактерії та найпростіші. Кисень в живій речовині становить 65-70%, водень - 10%, решта більше 60 елементів - 20-25%.
Життя і діяльність людини пов'язана з нижніми шарами тропосфери (кілька метрів), верхнім шаром літосфери (биогеоци-нотіческій покрив з грунтом і підгрунтям, де зосереджені кореневі системи рослин) і гідросферою. Тепер ми знаємо, що життя людини тривалий час можлива і в космосі.
Екологічні системи є елементарними одиницями біосфери. У той же час вони є елементарними одиницями біогеохімічної активності, що протікає в біосфері. Будь-яка екологічна система має енергетичний введення, через який у неї надходить енергія сонячного світла. Світлова енергія, що надходить в екосистему через введення, підтримує порядок у цій системі, попереджаючи підвищення ентропії
Розглянемо екологічну систему на прикладі озера. Як і будь-яка екологічна система, озеро складається з абіотичним і біотичної частин.
Абіотичних (нежива) частину екосистеми представлена повітрям, грунтом, водою, розчиненими у воді киснем, двоокисом вуглецю, неорганічними солями (фосфати і хлориди натрію, калію і кальцію) і органічними сполуками. Абіотичної частиною є також температура, світло, вітер і гравітація, які впливають на живу частину.
Біотична (жива) частина озера представлена організмами-виробниками (продуцентами), організмами-споживачами (коксумен-тами) і організмами-руйнівниками (редуцентами). Організмами-виробниками є автотрофи - прибережна рослинність, водні багатоклітинні і одноклітинні плавучі рослини (фітопланктон), що живуть до глибин, куди ще проникає світло. За рахунок енергії, що надходить через введення, організми-виробники в процесі фотосинтезу синтезують органічну речовину з води і вуглекислого газу. Основним показником потужності екосистеми є її продуктивність, під якою розуміють масу органічної речовини в тілах організмів-продуцентів. Продуктивність екосистеми залежить від кількості світла, води, багатства грунту або води органічними та мінеральними сполуками.
Організмами-споживачами (коксументамі) органічної речовини служать гетеротрофи, серед яких розрізняють споживачів першого і другого порядку. Первинними споживачами служать травоїдні тварини, вторинними - м'ясоїдні, які харчуються первинними споживачами. Організми-руйнівники - це бактерії і гриби, які розкладають «мертву» протоплазму (органічні сполуки) клітин загиблих організмів-виробників і організмів-споживачів аж до низькомолекулярних органічних і неорганічних сполук. Органічні сполуки потім використовуються самими організмами-руйнівниками, тоді як неорганічні - зеленими рослинами. Отже, в екологічній системі в процесі її функціонування відбувається кругообіг речовин і енергії.
Ми розглянули в якості екологічної системи природну систему (озеро), не приділяючи уваги участі в ній людини. Однак більшість екологічних систем функціонує за участю людини. У зв'язку з цим розрізняють екологію окремих індивідуумів і спільнот людей.
Екологія окремих індивідуумів полягає в тому, що кожен індивідуум повинен «підігнати» свою внутрішню фізіологію до мінливих умов середовища проживання. Індивідуум отримує енергію з їжею і витрачає її для забезпечення своїх фізичних та інтелектуальних зусиль, метаболічних процесів, що протікають в організмі, розвитку і т. д. Завдяки нейрогуморальної регуляції в організмі індивідуума підтримується постійна температура тіла, оптимальні концентрації води, кисню, двоокису вуглецю, NaCI , вуглеводів, білків та інших важливих сполук. Проникненню в організм індивідуума патогенних факторів перешкоджає шкіра, антитіла, фагоцити і інші фактори захисту. Органи почуттів, нервова система і локомоторним органи дозволяють індивідууму убезпечити їжу, знайти друзів, уникати ворогів, створювати ситуацію, найбільш сприятливу для виживання. Кожен індивідуум здатний адаптуватися до змінених кліматичних умов. Все це призводить до того, що між внутрішньою фізіологією індивідуума і умовами навколишнього середовища встановлюється динамічний Еквілібріум.
Однак люди об'єднані в співтовариства. До складу цих співтовариств входять також навколишні їх рослини і тварини, які є джерелом їжі та інших необхідних матеріалів для людей. Отже, з урахуванням абіотичних факторів екологічну систему, в якій функціонує ^ людей, складають спільноти людей і середовище їх проживання. Екологічні системи, в яких людина займає важливе місце, надзвичайно різноманітні за розмірами, змісту та організації, що надзвичайно ускладнює класифікацію цих систем. Тим не менш, вони є екологічними системами, у яких центрами є села, міста та інші населені пункти.
Всі елементи екологічних систем складають єдину сукупність, і це визначається тим, що вони об'єднані між собою так званими ланцюгами живлення, під якими розуміють передачу від організмів споживачів укладеної в їжі енергії первісного джерела (Сонця) через організми-споживачі (у ряді ланцюгів харчування кінцевою ланкою є людина) до організмів-руйнівникам.
Найважливішою особливістю ланцюгів харчування є те, що їх кількість у кожній екосистемі обмежена, оскільки у кожній ланці кожному ланцюзі харчування відбувається втрата енергії при її передачі. У результаті цього продукція речовини знижується на кожній ланці ланцюга. Наприклад, 10 000 кг водоростей достатньо для накопичення речовини в кількості 1000 кг водних членистоногих, а 10 кг риби - для накопичення 1 кг речовини людини. Таким чином, харчова ланцюг представляється у вигляді піраміди, що складається з декількох трофічних рівнів Біля основи розташовані фотосинтезуючі бактерії, які є їжею для наступного рівня, а ці організми є їжею для наступного рівня і т. д.
Кругообіг речовин не є замкнутими. Частина органічних і неорганічних речовин витісняється за межі спільнот, але при цьому відбувається їх поповнення за рахунок зовнішніх джерел (опади, фіксація азоту атмосфери і т. д.). Розглянемо як приклади кругообіги вуглецю, кисню та азоту.
Кругообіг вуглецю, що входить до складу всіх органічних сполук, починається з конверсії двоокису вуглецю (форми вуглецю в атмосфері) і води в органічну речовину (їжу). Частина цієї речовини використовується живими організмами при диханні, в результаті чого частина двоокису вуглецю знову повертається в атмосферу.
Підраховано, що весь вуглець атмосфери проходить через живі організми за час, що дорівнює 7-8 років. Інша частина двоокису вуглецю запасається в протоплазмі клітин. Після смерті організмів протоплазма їх клітин розкладається, в результаті чого двоокис вуглецю також звільняється і йде в атмосферу. Основна частина вуглецю міститься у формі COg в морях і океанах. Його круговорот є таким же, як і у випадку атмосферного вуглецю.
У екологічних системах, де бере участь людина, двоокис вуглецю надходить в атмосферу також і в результаті спалювання рослин як палива.
Кругообіг кисню полягає в тому, що атмосферний кисень використовується рослинами і тваринами при диханні (спалюванні їжі), в результаті якого звільняється енергія, вода і двоокис вуглецю у фотосинтезі, при якому звільняється кисень, після чого цикл починається знову.
Більш складним є кругообіг азоту, найбільшим резервуаром якого служить атмосфера (близько 80%). Оскільки більшість рослин і тварин не може використовувати атмосферний азот (N 2), то він конвертується грунтовими азотфіксірущімі бактеріями, кореневою системою бобових рослин і ціанобактеріями в нітрити (NO - 2), а потім в нітрати (NО - 3). Цей процес одержав назву нітрифікації. Рослини відновлюють нітрати, тобто уеваівают азот і синтезують білки. Кругообіг азоту далі полягає в тому, що грунтові мікроорганізми руйнують тварини відходи і залишки мертвих організмів, у результаті чого звільняється амоній, який конвертується нитрифицирующие бактеріями в розчинні солі нітратів, які використовуються у виробництві білків у рослинах. У результаті поїдання рослин травоїдними тваринами рослинні білки в їх організмі перетворюються в тварини.
У процесі гниття трупів рослин і тварин денітріфі-цірующіе бактерії перетворюють нітрати у вільний азот (NO 2 ® NО - 2 ® N 2 O ® N 2), який йде в атмосферу, але азотфіксуючих-щие бактерії знову конвертують атмосферний азот в органічні сполуки, доступні для засвоєння рослинами.
Вільний азот конвертується в нітрати також електричними зарядами (блискавкою). Штучне додавання азотних сполук у грунт пов'язане з використанням хімічних добрив.
Велике значення в природі має кругообіг води. Він здійснюється за рахунок сонячної енергії, але регулюється з боку організмів. Під впливом Сонця моря і океани піддаються випаровуванню. Ця вода у формі «випарів» (пара) надходить в атмосферу, а потім випадає у вигляді дощів на сушу, після чого через річки і грунтові води знову потрапляє в моря й океани. Значна частина води, що є на суші, поглинається і випаровується рослинами. Але деяка частина води в клітинах рослин піддається фотолизу, в результаті чого вона розкладається на кисень і водень. Кисень йде в атмосферу, а водень включається до складу органічних сполук клітин.
Навпаки, в екологічних системах, де спільноти людей мають важливе значення, як регулюючих механізмів діють не тільки механізми, названі вище, але й механізми, що діють безпосередньо в людському суспільстві. Ними є закони, громадська думка, заохочення та покарання, постачання та споживання, конкуренція, освіта, виховання навичок екологічної культури, охорона здоров'я і т. д. Завдяки цим та іншим економічним, соціальним і політичним механізмам кожна соціальна група зберігає свій робочий баланс в умовах, що змінюються навколишнього середовища, що робить істотний вплив на стійкість екологічних систем.
Введення
Біосфера (від грец. Bios - життя, sphaira - плівка) - жива оболонка Землі.
Термін «біосфера» вперше був використаний відомим австрійським вченим Е. Зюсом (1831-1914) в його книзі "Лик Землі» (1875).
Пізніше термін «біосфера» використовували й інші вчені, але вчення про біосферу в сучасному розумінні, було сформульовано В. І. Вернадським (1863-1945) у його знаменитій книзі «Біосфера» (1926). За В. І. Вернадському «Біосфера являє собою певну геологічну оболонку, різко відмінну від усіх інших оболонок нашої планети ...» І далі: «Жива речовина проникає всю біосферу та її значною мірою створює».
Як зазначав В. І. Вернадський, геохімічні процеси на Землі і формування лику Землі пов'язані з живими істотами, тому біосфера містить у собі власне живу оболонку Землі (живий матеріал у вигляді живих організмів, що населяють Землю в кожен момент) і колишні живі оболонки (колишньої живий матеріал), межі яких визначаються розподілом біогенних осадових порід.
За В. І. Вернадському «Жива речовина біосфери, єдиної області планети, закономірно пов'язаної з космічним простором, є сукупність її живих організмів, її живої речовини як планетного явища».
Відзначаючи, що «Століття і тисячоліття пройшли, поки людська думка могла відзначити риси єдиного зв'язкового механізму в уявній хаотичної картині природи», В. І. Вернадський зумів піднятися на вершини наукової творчості. Розвинені ним положення стали одним з найбільших природно-наукових узагальнень XX ст.
Підрозділи Біосфери
В. І. Вернадський поділив біосферу на тропосферу, літосферу і гідросферу.
Тропосфера - нижня частина атмосфери, висота якої сягає 20 км, де життю вже немає, але відбуваються міграція та обмін біогенних газів. Обсяг атмосфери, в якій виявляється життя, становить 7444600 км 8.
Літосфера - це тверда поверхня Землі, представлена її верхніми водонепроникними шарами глибиною до 2-5 км, нижче яких вже лежать осадові породи, а ще нижче - переплавлені породи гранітної оболонки. Обсяг грунтового шару, в якому виявляють життя, складає близько 100 000 км 3. Грунт заселена такими організмами як бактерії, корненожки, інфузорії, черв'яки (нематоди), олігохети, комахи, кліщі, дрібні ссавці, рослини.
Гідросфера - це водна частина біосфери, представлена річками, озерами, морями і океанами. Обсяг морів і океанів становить близько 1 млрд 370 млн км 3, тоді як обсяг озер, річок, водосховищ та облікованих підземних вод становить близько 8 млн км 3. Моря й океани є одним з основних біотопів, хоча близько 90% їх обсягу представлені глибинами, для яких характерний повний морок. З іншого боку, для глибин понад 4000 м характерно також дуже високий тиск, що становить близько 400 атмосфер. Можна сказати, що частина Світового океану є природною барокамерою, заповненої живими організмами.
Населення гідросфери представлено планктоном, бентосом і нектон. Планктон являє собою сукупність дрібних організмів тваринної і рослинної природи, які або не здатні до самостійного руху, пересуваючись разом з водою, або здатні, рухаючись у воді самостійно. Розрізняють фітопланктон, який у морях представлений одноклітинними водоростями (діатомовими), ціанобактеріями та іншими організмами, і зоопланктон, представлений одноклітинними форою-ніферамі, радіолярії і багатоклітинними кишковопорожнинних, а також черв'яками, ракоподібними, личинками безхребетних тварин і т. д. У планктоні прісних вод зустрічаються в основному нижчі ракоподібні та коловертки.
Бентос представляє собою сукупність тварин (зообентос) і рослин (фітобентос), провідних придонний спосіб життя (губки, кишковопорожнинні, черви, молюски, ракоподібні, голкошкірі, асцидії, водорості та ін.) У прісноводому бентосі містяться личинки деяких комах, черевоногі молюски, п'явки, губки (бадяги) та ін Нектон представлений великими плаваючими організмами (морські ссавці, риби, кальмари та ін.) Нектон прісних вод представлений короповими рибами.
Зона морських припливів і відливів (осушної зона), яка може складати всього лише кілька метрів, носить назву літо-рали. Вона заселена ракоподібними, черв'яками, молюсками.
Глибини водної частини біосфери залежать від водойми. В океані вони доходять до 10 км і більше, причому життя зустрічається на самих різних глибинах.
Вважають, що з часу появи життя на Землі живі істоти безперервно переробляли речовина літосфери, тропосфери і гідросфери. Тому потужність біосфери визначається біомасою живуть одночасно на Землі організмів. Підраховано, що біомаса живих істот становить 2,423 '10 12 тонн, з яких на частку сухопутних організмів доводиться 2,42 '10 12 тонн, водних - 0,003 '10 12. Підраховано також, що одну третину біомаси Землі становлять одноклітинні організми, бактерії та найпростіші. Кисень в живій речовині становить 65-70%, водень - 10%, решта більше 60 елементів - 20-25%.
Життя і діяльність людини пов'язана з нижніми шарами тропосфери (кілька метрів), верхнім шаром літосфери (биогеоци-нотіческій покрив з грунтом і підгрунтям, де зосереджені кореневі системи рослин) і гідросферою. Тепер ми знаємо, що життя людини тривалий час можлива і в космосі.
Екологічні системи
Вперше уявлення про екологічні системах сформульовані в 30-і рр.. А. Тенслі (1935). У нашій країні близьке поняття про біогеоценозах сформулював в 1944 р. В. Н. Сукачов (1880-1967). У наш час під екологічними системами розуміють сукупність живих і неживих елементів на певній території. Екологічні системи складаються з живих організмів (біоценозів) і середовища існування - відсталої (атмосфера) і бікосной (грунт, водойма і т. д.). Вони іноді відокремлені одна від одної, але часто між ними є переходи. Прикладами екологічних систем є озеро, лісовий масив і т. д. Від екосистем слід відрізняти біоми, під якими, як показано вище, розуміють значні співтовариства організмів, приурочені до певних географічних районах з їх кліматичними і грунтовими зонами.Екологічні системи є елементарними одиницями біосфери. У той же час вони є елементарними одиницями біогеохімічної активності, що протікає в біосфері. Будь-яка екологічна система має енергетичний введення, через який у неї надходить енергія сонячного світла. Світлова енергія, що надходить в екосистему через введення, підтримує порядок у цій системі, попереджаючи підвищення ентропії
Розглянемо екологічну систему на прикладі озера. Як і будь-яка екологічна система, озеро складається з абіотичним і біотичної частин.
Абіотичних (нежива) частину екосистеми представлена повітрям, грунтом, водою, розчиненими у воді киснем, двоокисом вуглецю, неорганічними солями (фосфати і хлориди натрію, калію і кальцію) і органічними сполуками. Абіотичної частиною є також температура, світло, вітер і гравітація, які впливають на живу частину.
Біотична (жива) частина озера представлена організмами-виробниками (продуцентами), організмами-споживачами (коксумен-тами) і організмами-руйнівниками (редуцентами). Організмами-виробниками є автотрофи - прибережна рослинність, водні багатоклітинні і одноклітинні плавучі рослини (фітопланктон), що живуть до глибин, куди ще проникає світло. За рахунок енергії, що надходить через введення, організми-виробники в процесі фотосинтезу синтезують органічну речовину з води і вуглекислого газу. Основним показником потужності екосистеми є її продуктивність, під якою розуміють масу органічної речовини в тілах організмів-продуцентів. Продуктивність екосистеми залежить від кількості світла, води, багатства грунту або води органічними та мінеральними сполуками.
Організмами-споживачами (коксументамі) органічної речовини служать гетеротрофи, серед яких розрізняють споживачів першого і другого порядку. Первинними споживачами служать травоїдні тварини, вторинними - м'ясоїдні, які харчуються первинними споживачами. Організми-руйнівники - це бактерії і гриби, які розкладають «мертву» протоплазму (органічні сполуки) клітин загиблих організмів-виробників і організмів-споживачів аж до низькомолекулярних органічних і неорганічних сполук. Органічні сполуки потім використовуються самими організмами-руйнівниками, тоді як неорганічні - зеленими рослинами. Отже, в екологічній системі в процесі її функціонування відбувається кругообіг речовин і енергії.
Ми розглянули в якості екологічної системи природну систему (озеро), не приділяючи уваги участі в ній людини. Однак більшість екологічних систем функціонує за участю людини. У зв'язку з цим розрізняють екологію окремих індивідуумів і спільнот людей.
Екологія окремих індивідуумів полягає в тому, що кожен індивідуум повинен «підігнати» свою внутрішню фізіологію до мінливих умов середовища проживання. Індивідуум отримує енергію з їжею і витрачає її для забезпечення своїх фізичних та інтелектуальних зусиль, метаболічних процесів, що протікають в організмі, розвитку і т. д. Завдяки нейрогуморальної регуляції в організмі індивідуума підтримується постійна температура тіла, оптимальні концентрації води, кисню, двоокису вуглецю, NaCI , вуглеводів, білків та інших важливих сполук. Проникненню в організм індивідуума патогенних факторів перешкоджає шкіра, антитіла, фагоцити і інші фактори захисту. Органи почуттів, нервова система і локомоторним органи дозволяють індивідууму убезпечити їжу, знайти друзів, уникати ворогів, створювати ситуацію, найбільш сприятливу для виживання. Кожен індивідуум здатний адаптуватися до змінених кліматичних умов. Все це призводить до того, що між внутрішньою фізіологією індивідуума і умовами навколишнього середовища встановлюється динамічний Еквілібріум.
Однак люди об'єднані в співтовариства. До складу цих співтовариств входять також навколишні їх рослини і тварини, які є джерелом їжі та інших необхідних матеріалів для людей. Отже, з урахуванням абіотичних факторів екологічну систему, в якій функціонує ^ людей, складають спільноти людей і середовище їх проживання. Екологічні системи, в яких людина займає важливе місце, надзвичайно різноманітні за розмірами, змісту та організації, що надзвичайно ускладнює класифікацію цих систем. Тим не менш, вони є екологічними системами, у яких центрами є села, міста та інші населені пункти.
Всі елементи екологічних систем складають єдину сукупність, і це визначається тим, що вони об'єднані між собою так званими ланцюгами живлення, під якими розуміють передачу від організмів споживачів укладеної в їжі енергії первісного джерела (Сонця) через організми-споживачі (у ряді ланцюгів харчування кінцевою ланкою є людина) до організмів-руйнівникам.
Найважливішою особливістю ланцюгів харчування є те, що їх кількість у кожній екосистемі обмежена, оскільки у кожній ланці кожному ланцюзі харчування відбувається втрата енергії при її передачі. У результаті цього продукція речовини знижується на кожній ланці ланцюга. Наприклад, 10 000 кг водоростей достатньо для накопичення речовини в кількості 1000 кг водних членистоногих, а 10 кг риби - для накопичення 1 кг речовини людини. Таким чином, харчова ланцюг представляється у вигляді піраміди, що складається з декількох трофічних рівнів Біля основи розташовані фотосинтезуючі бактерії, які є їжею для наступного рівня, а ці організми є їжею для наступного рівня і т. д.
Кругообіг речовин
Хімічні механізми, що лежать в основі харчових ланцюгів, представляють собою кругообіг (цикли) речовин. З іншого боку, кругообіг речовин забезпечують самопідтримки популяцій.Кругообіг речовин не є замкнутими. Частина органічних і неорганічних речовин витісняється за межі спільнот, але при цьому відбувається їх поповнення за рахунок зовнішніх джерел (опади, фіксація азоту атмосфери і т. д.). Розглянемо як приклади кругообіги вуглецю, кисню та азоту.
Кругообіг вуглецю, що входить до складу всіх органічних сполук, починається з конверсії двоокису вуглецю (форми вуглецю в атмосфері) і води в органічну речовину (їжу). Частина цієї речовини використовується живими організмами при диханні, в результаті чого частина двоокису вуглецю знову повертається в атмосферу.
Підраховано, що весь вуглець атмосфери проходить через живі організми за час, що дорівнює 7-8 років. Інша частина двоокису вуглецю запасається в протоплазмі клітин. Після смерті організмів протоплазма їх клітин розкладається, в результаті чого двоокис вуглецю також звільняється і йде в атмосферу. Основна частина вуглецю міститься у формі COg в морях і океанах. Його круговорот є таким же, як і у випадку атмосферного вуглецю.
У екологічних системах, де бере участь людина, двоокис вуглецю надходить в атмосферу також і в результаті спалювання рослин як палива.
Кругообіг кисню полягає в тому, що атмосферний кисень використовується рослинами і тваринами при диханні (спалюванні їжі), в результаті якого звільняється енергія, вода і двоокис вуглецю у фотосинтезі, при якому звільняється кисень, після чого цикл починається знову.
Більш складним є кругообіг азоту, найбільшим резервуаром якого служить атмосфера (близько 80%). Оскільки більшість рослин і тварин не може використовувати атмосферний азот (N 2), то він конвертується грунтовими азотфіксірущімі бактеріями, кореневою системою бобових рослин і ціанобактеріями в нітрити (NO - 2), а потім в нітрати (NО - 3). Цей процес одержав назву нітрифікації. Рослини відновлюють нітрати, тобто уеваівают азот і синтезують білки. Кругообіг азоту далі полягає в тому, що грунтові мікроорганізми руйнують тварини відходи і залишки мертвих організмів, у результаті чого звільняється амоній, який конвертується нитрифицирующие бактеріями в розчинні солі нітратів, які використовуються у виробництві білків у рослинах. У результаті поїдання рослин травоїдними тваринами рослинні білки в їх організмі перетворюються в тварини.
У процесі гниття трупів рослин і тварин денітріфі-цірующіе бактерії перетворюють нітрати у вільний азот (NO 2 ® NО - 2 ® N 2 O ® N 2), який йде в атмосферу, але азотфіксуючих-щие бактерії знову конвертують атмосферний азот в органічні сполуки, доступні для засвоєння рослинами.
Вільний азот конвертується в нітрати також електричними зарядами (блискавкою). Штучне додавання азотних сполук у грунт пов'язане з використанням хімічних добрив.
Велике значення в природі має кругообіг води. Він здійснюється за рахунок сонячної енергії, але регулюється з боку організмів. Під впливом Сонця моря і океани піддаються випаровуванню. Ця вода у формі «випарів» (пара) надходить в атмосферу, а потім випадає у вигляді дощів на сушу, після чого через річки і грунтові води знову потрапляє в моря й океани. Значна частина води, що є на суші, поглинається і випаровується рослинами. Але деяка частина води в клітинах рослин піддається фотолизу, в результаті чого вона розкладається на кисень і водень. Кисень йде в атмосферу, а водень включається до складу органічних сполук клітин.
Стійкість екосистем. Сукцесії
Найважливішим властивістю екологічних систем є їх стійкість, тобто сталість, яке підтримується ланцюгами живлення. Саме завдяки постійності ланцюгів живлення в природі підтримується екологічний гомеостаз. При цьому важливо зауважити, що стійкість екологічних систем має історичний характер, а регуляція тих небагатьох екологічних систем, в яких людина не має значення, забезпечується такими факторами, як конкуренція, міграція, хижацтво, недолік корму або поживних речовин у грунті, хвороби, температура і іншими природними факторами.Навпаки, в екологічних системах, де спільноти людей мають важливе значення, як регулюючих механізмів діють не тільки механізми, названі вище, але й механізми, що діють безпосередньо в людському суспільстві. Ними є закони, громадська думка, заохочення та покарання, постачання та споживання, конкуренція, освіта, виховання навичок екологічної культури, охорона здоров'я і т. д. Завдяки цим та іншим економічним, соціальним і політичним механізмам кожна соціальна група зберігає свій робочий баланс в умовах, що змінюються навколишнього середовища, що робить істотний вплив на стійкість екологічних систем.
Отже, природні та суспільні механізми здатні підтримувати екологічну рівновагу і, отже, підтримувати динамічний баланс між видами в екологічних системах і між різними екологічними системами, у різних географічних зонах.
Поряд зі стійкістю, екологічним системам притаманна так звана екологічна сукцесія, що полягає у зміні спільнот організмів у ході історичного розвитку природи, тобто в заміні одних спільнот рослин і тварин (їх видів) в екосистемі рослинами і тваринами інших спільнот (видів).
Для екологічної сукцесії, як історичного процесу, характерний ряд закономірностей. Перш за все, процес екологічної сукцесії дуже тривалий у часі, оскільки він полягає не у швидкій і раптової заміни одних спільнот іншими, а в повільній та нерегулярної заміні одних видів тварин чи рослин у спільнотах іншими видами, але після того, як почався процес зміни абіотичних факторів , тобто змінюються умови абіотичного середовища.
Умови, створювані організмами видів, початківців сукцесій першими, сприяють потім для впровадження в екологічну систему організмів інших видів, які, як правило, виявляються краще адаптованими до нових умов. Завдяки цьому вони швидше замінюють організми, що стали менш пристосованими до нових умов існування. Таким чином, розвиток нових екологічних систем (в результаті сукцесії) починається з заміни первинного спільноти рослин і тварин більш досконалими спільнотами рослин і тварин. У кінцевому підсумку в екологічній системі встановлюється постійне співтовариство, яке руйнується лише при дії на екосистему будь-яких сильнодіючих факторів.
Спільноти організмів, які протягом тривалого періоду існування екологічних систем не змінюються на інші спільноти, називають Клімаксное. Ті ж співтовариства, які з'являються в результаті сукцесії, отримали назву серіальних.
Зазвичай сукцесії відбуваються протягом тривалих проміжків часу, що становлять сотні або тисячі років. Однак якщо ж екологічні системи піддаються зовнішнім впливам, то сукцесії відбуваються швидше. Можна сказати, що в результаті зовнішніх впливів на екологічну систему порушується екологічна рівновага, тобто відбуваються зміни (порушення) в природі.
Таким чином, порушення в природі є результатом порушення екологічної рівноваги, руйнування історично сформованих екологічних систем.
Зміни спільнот в результаті сукцесії полягають у зміні видового складу рослин і тварин. Видова різноманітність у нових співтовариствах залежить від багатьох факторів, починаючи від стійкості окремих видів До сукцесія і входження їх у нові спільноти і закінчуючи рослинами і тваринами, легко заселяються території, що піддавалися господарському впливу з боку людини.
Повернемося до озера, обраному в якості прикладу екологічної системи. Типовим прикладом сукцесії є підсихання і забруднення озера трав'янистою рослинністю, перетворення його в болото, а потім у незручний, забруднена чагарником.
Безсумнівно, що поряд зі зміною рослинності тут відбувається і зміна тваринного світу. Дуже ілюстративним, можливо, глобальним прикладом сукцесії є підсихання Аральського моря, яке супроводжується появою на місці колишнього морського дна нових спільнот рослин і тварин, включаючи дрібних ссавців.
Однак на ранніх етапах історії людини ці дії були незначними. У подальшому ж вони стали наростати. Звернувши на це увагу, В. І. Вернадський назвав ту частину біосфери, на якій особливо сильно позначається діяльність людини, ноосферою.
Особливо прогресуючий характер впливів на біосферу наголошується в новітній час, коли діяльність людини в біосфері за багатьма напрямками необоротно стала глобальною, коли його життя стала визначатися споживанням і викидами в гігантських розмірах. Нижче показано, якими будуть споживання і викиди найближчим десятиліття на одну людину, починаючи з 1972 р.
Оцінка безперервно підвищуються весь час темпів споживання і викидів призводить до висновку, що збереження наявної тенденції може навіть збільшити показники, наведені вище.
Напрямів впливу людини на біосферу (антропогенних факторів) дуже багато. Вплив людини на біосферу настільки значні, що вони, як вважав В. І. Вернадський, створюють нову оболонку Землі - ноосферу. Однак тут ми розглянемо лише деякі з цих напрямів, звернувши увагу на їх «результативність» і на те, що людина ще не зумів винайти механізми, які б підтримували стабільність у модифікованих їм екологічних системах, членом яких він є сам і які забезпечують його їжею і матеріалами, які дозволяють подальший розвиток цивілізації.
Серед найважливіших напрямків в діяльності людини в біосфері слід назвати в першу чергу виробництво їжі, виробництво енергії, виробництво промислових матеріалів і хімічний синтез, транспорт і господарську діяльність. Особливе значення має військова діяльність у вигляді війн і різних збройних конфліктів. Заслуговують на особливу увагу питання, що стосуються можливого використання ядерної зброї.
Виробництво їжі. У ході своєї історії людство завжди стикалося з необхідністю забезпечення себе їжею, причому ця проблема вирішувалася різними способами. Протягом перших тисячоліть своєї історії наші предки були хижаками і травоїдними, а Земля в початковий період землеробства могла прогодувати лише 10 млн. осіб (рис. 219). Недолік продовольства супроводжується голодом.
Вперше голод виник ще в стародавньому Римі приблизно 3,5 тис. років до н. е.., а його спалаху супроводжують всю історію людства, включаючи і наш час. Відповідно до існуючих розрахунками для забезпечення нормальної життєдіяльності однієї людини протягом 70 років його життя необхідно 50 т продовольства зі значною часткою білкового змісту. Зараз населення світу становить понад 6 млрд людей, але кількості виробленого білка достатньо для задоволення потреб лише половини світового населення. Тим часом за даними ООН чисельність населення Землі до 2020 р. перевищить 7 млрд, а до 2025 р. - 8460 млн
Зокрема, до 2025 р. населення Китаю складе 1492 млн чоловік, Індії - 1445 млн, Нігерії - 301 млн, США - 300 млн. З цієї причини необхідно буде мати продовольства, як мінімум, у два рази більше, ніж зараз.
Одне з традиційних напрямків у виробництві їжі полягає в рубці лісів і розорювання нових земель. Вже зараз орні землі займають 1300 млн гектарів (10% поверхні Землі). Однак неправильне розорювання земель веде до ерозії грунту, до заростання її бур'янами. Більше того, введення в сівозміну нових культур змінило зміст агроценозів, в результаті чого в плодах деяких культур стали виявляти отруйні речовини. Наприклад, в арахісі, зараженому Aspergillus flavus, виявлений афлатоксин.
Для досягнення високих врожаїв вдаються до рясного зрошення посівів, але це веде до засолення грунтів. Крім того, вдаються до хімічних добрив, внесених у грунт у великих кількостях, але не використані рослинами добрива з дощовими або весняними водами виносяться у водойми і «удобрюють» їх, внаслідок чого в них посилено розмножується планктон, що змінює водні екосистеми, веде до екологічної сукцесії з її несприятливими наслідками.
Для захисту рослин у сільському господарстві широко використовують різні хімічні сполуки як пестицидів, гербіцидів та дефоліантів, яких у світі зараз виробляється більше 2 млн тонн щорічно.
Однак ці хімічні речовини, серед яких багато хто є мутагенами, забруднюють середовище (грунт і воду), проникають у клітини рослин і тварин, а потім з їжею рослинного і тваринного походження потрапляють в організм людей, викликаючи порушення в здоров'ї.
Хімічні речовини, що забруднюють грунт, воду, атмосферу називають забруднювачами довкілля.
Виробництво енергії. Щоб забезпечити себе енергією людина вдається до видобутку і спалюванню енергоносіїв. Зокрема, з середини XIX ст. почався бурхливий споживання кам'яного вугілля, а пізніше і нафти. Однак при спалюванні енергоносіїв утворюється безліч речовин-забруднювачів, які широко розподіляються у біосфері, перетинаючи кордони країн і континентів. Наприклад, за деякими підрахунками щорічно у світі в результаті спалювання рідкого і твердого палива лише на електростанціях, ТЕЦ і в будинкових котелень у атмосферу викидається близько 200 млн тонн окислів азоту.
У той же час в атмосфері зменшується кількість кисню, але збільшується частка вуглекислого газу.
Підраховано, що за останні 100 років концентрація вуглекислоти в атмосфері збільшилася на 12%, створюючи так званий парниковий ефект.
Якщо у дощові води потрапляють двоокис сірки і оксиди азоту, які утворюються в результаті спалювання вугілля і нафти, то вони перетворюються практично в розбавлені розчини сірчаної та азотної кислот, які з опадами у вигляді кислотних дощів чи снігу випадають на Землю, де вони стають отруйними для тварин , рослин і людини.
Підраховано, що за останні 100 років кількість кислотних опадів збільшилася більш ніж у 30 разів.
У результаті виробництва енергії в атмосферу потрапляє також величезна кількість частинок золи, які містять мутагенні і одночасно канцерогенні речовини (пірен, поручнів та ін.)
Передбачається, що до 2000 р. близько 50% або більше енергії вироблятиметься АЕС, а це дозволяє припускати, що біосфера і далі буде забруднюватися радіоактивними відходами. Особливо небезпечні аварії на АЕС. Отже, виробництво енергії неминуче веде до забруднення біосфери.
Виробництво промислових матеріалів і хімічний синтез. Цей напрям у діяльності людини супроводжується не тільки використанням непоправних запасів мінеральних речовин і води, в тому числі питної, але і утворенням при виробництві матеріалів (сталі, чавуну, цементу, тканин і т. д.) у величезних кількостях різних хімічних сполук. У грунт і воду потрапляють солі важких металів, а через їжу - і в організм людини.
Виробництво різних металів, як і енергії, супроводжується також запиленням атмосфери, особливо мінеральної пилом і сульфатними аерозолями. Наприклад, цементний пил містить оксиди кальцію та магнію.
Великого поширення набуло виробництво побутових аерозолів, чистячих і миючих засобів, а також хімічних сполук, які надають матеріалами водонепроникність і інші властивості. Їх використання також супроводжується забрудненням довкілля. Мінеральні пилу сприяють підвищенню температури у верхніх шарах атмосфери, а також викликають інші несприятливі наслідки в тропосфері.
Небезпеку становлять хлорфторуглеводороди у зв'язку з їх використанням в холодильній промисловості. Вони руйнують озоновий шар, що захищає живий світ від короткохвильового ультрафіолетового випромінювання. Особливу небезпеку для атмосфери представляє насичення її вуглекислим газом, який створює так званий «парниковий ефект».
Щороку в країнах, що мають хімічну лабораторну базу і хімічну промисловість, синтезується кілька десятків тисяч нових хімічних сполук, з яких близько 500 йде на ринок для використання в промисловості, сільському господарстві та медицині. Проте використання продуктів хімічного синтезу не завжди є сприятливим, що підтверджується використанням у практиці ДДТ і ДЕС. ДДТ був синтезований вперше ще в 1874 р., але починаючи з 1930 р. його стали використовувати в якості пестициду та препарату проти малярійних комарів. Однак, вже в 60-ті роки стали помічати, що використання супроводжувалося зменшенням чисельності птахів у Європі, а в 70-і роки було встановлено, що він має «фемінізірующім» впливом на тварин.
Зокрема, було встановлено, що під впливом цього з'єднання у алігаторів зменшується в розмірах злягальні орган, а вплив метаболітів цього з'єднання на чоловіків супроводжується зниженням концентрації сперматозоїдів в їх ейякулятах, а також розвитком крипторхізму. Детальне вивчення механізмів дії ДДТ та інших подібних хімічних сполук, що забруднюють навколишнє середовище, показало, що в організмі ці сполуки і продукти їх розпаду, будучи за хімічною структурою несхожими на природні естрогени, все ж таки діють як естрогенів або блокаторів андрогенів. Крім того, не викликаючи структурних змін в генах, вони викликають зміни в експресії генів.
ДЕС (діетілстілбестрол) був синтезований у 1938 р. і тривалий час використовувався в тваринництві для стимуляції росту великої рогатої худоби, а в медичній практиці - для попередження викиднів.
Однак у 70-і рр.. стали відзначати, що у дівчаток, народжених від матерів, які брали цей препарат, розвивається вагінальний рак.
Було встановлено також, що ДЕС теж має естрогенної активністю, що супроводжується несприятливими наслідками для людей.
Крім названих хімічних сполук відомі і інші синтетичні з'єднання, які небезпечні не тільки тим, що вони забруднюють навколишнє середовище, але і своїм механізмом дії на людину і тварин. Будучи несхожими за хімічною структурою на гормони, вони, тим не менш, мімікрують сигналізують дії природних гормонів. У результаті цього такі хімічні сполуки-забруднювачі отримали назву середовищних гормонів. Образно кажучи, токсичність деяких хімічних забруднювачів навколишнього середовища є результатом «природного» сигналу, посланого «неприродної» молекулою.
Особливої уваги заслуговує розгляд питання про хімічні сполуки, що використовуються в якості харчових добавок, оскільки в останні роки у багатьох склалося уявлення про те, що застосування харчових добавок є однією з умов масового виробництва продуктів харчування.
Харчові добавки класифікують на декілька груп, а саме:
а) Барвники. Ці хімічні сполуки використовують для поліпшення товарного виду м'яса, овочів і фруктів.
б) Консерванти, антиокислювачі, стабілізатори та емульгатори. Ці хімічні сполуки використовують для забезпечення збереження продуктів харчування протягом тривалого часу за різних умов зберігання. Ними обробляють продукти як тваринного, так і рослинного походження.
в) Підсилювачі смаку та аромату. Ці хімічні сполуки широко використовують у виробництві продуктів як тварини, так і рослинного походження.
г) Актіфламінгі. Ці добавки є хімічні сполуки, що перешкоджають утворенню піни при розливі соків, а також злежуванню цукру, солі, борошна та інших сипучих продуктів харчування. Хоча біологічна ефективність багатьох добавок невідома, проте, продукти харчування з харчовими добавками не можна вважати екологічно чистими. Нарешті, хімічний синтез супроводжується безконтрольним викидом в середу побічних продуктів хімії у величезних кількостях, частина яких володіє мутагенними (канцерогенними) властивостями. Деякі хімічні сполуки в звичайних умовах здаються нешкідливими. Однак потрапивши в організм, гідроліруются там і перетворюються на мутагени.
Транспорт. Одним з найважливіших напрямків в діяльності людини є розвиток до використання транспорту з метою перевезення людей, промислової та сільськогосподарської продукції, сировини і т. д. Однак транспорт, особливо автомобільний, є забруднювачем біосфери. Повітряний транспорт також не байдужий дли біосфери. Наприклад, авіалайнер Москва-Нио-Йорк витрачає за один рейс понад 50 тонн кисню. Але шкода також полягає і в тому, що транспортування різних сировинних матеріалів часто супроводжується їх втратами, забруднюючими літосферу і гідросферу. Наприклад, в останні роки скинуто в моря й океани близько 0,1% нафти, перевезеної від місць видобутку до нафтоперегінних заводам. Забруднення суші нафтою призводить до повного припинення росту рослин на її поверхні.
Перераховані тут напрями в діяльності людини вже призвели до різких змін у біосфері, до порушень рівноваги в багатьох екологічних системах, що створило для людей нове фізичне, хімічне та біологічне оточення.
Діалектика перетворюючої діяльності людини у власних інтересах полягає в тому, що виникли нові протиріччя між біологічними особливостями людини і створеними ним в результаті перетворюючої діяльності чинниками середовища, багато з яких небезпечні для його здоров'я, будучи мутагенами і канцерогенами, а також іншими патогенетичними чинниками.
Господарська діяльність. З давніх часів господарська діяльність людини в природі завжди супроводжувалася руйнуванням середовищ існування та зміною чисельності видів тварин і рослин. Наприклад, в період з 1600 р. по 1947 р. із Землі. Зникло 63 види і 55 підвидів ссавців. Серед них слід назвати таких тварин як морські корови, які мешкали у Командорських островів, квагга (зебра), що жили в Південній Африці, мандрівні голуби - ендеміки Північної Африки.
Триваюче руйнування місць мешкання тварин створило загрозу ще для близько 450 видів хребетних, а триває надмірна видобуток та відлов загрожують дуже багатьом видам ссавців, птахів і риб.
Вважають, що в результаті господарської діяльності в даний час головними загрозливими факторами для існування хребетних є руйнування їх місцепроживання, погіршення або ліквідація кормової бази, знищення цих тварин з метою захисту посівів, промисел.
Слід відзначити також роль інтродукції (впровадження) нових видів, яка не завжди сприятлива для історично сформованих біоценозів.
Наприклад, вселення у внутрішні водойми нашої країни деяких видів риб, що харчуються планктоном, супроводжувалося різким зміною структури прісноводних спільнот. У 1960 р-ну Тайвань був переселений з Аргентини один з видів равликів як потенційне джерело білка. Равлики цього виду поширилися і в інші райони Ю. Азії, що супроводжувалося зниженням урожаю рису.
В усіх промислово розвинених країнах щодня в перерахунку на одну людину викидається близько 3 кг домашнього, будівельного, вуличного та іншого сміття. У світі щорічно одна людина викидає в середньому кілька десятків консервних банок, кілька десятків скляних пляшок, кілька кілограмів паперу (пакувальної, обгорткового, газетної та ін.) Все це надзвичайно забруднює біосферу.
Особливого значення набувають біологічні забруднювачі, які потрапляють в середу в результаті недостатньої санітарної культури людей в процесі їх господарської діяльності, з одного боку, а також у результаті екологічної сукцесії, з іншого. Прикладами першого типу забруднень є забруднення середовища гельмінтами, патогенними мікроорганізмами, плазмідами, а другого типу - поява на територіях, звільнених у результаті висихання водойм, тварин, які є резервуарами природно-вогнищевих хвороб.
Військова діяльність. Найбільша загроза для біосфери і людства пов'язана з перспективою ядерної війни. Як відзначають в одному зі своїх доповідей експерти Всесвітньої федерації наукових працівників, якщо відбудуться вибухи двох ядерних бомб потужністю близько 5-10 тис мт (по одній на території кожного з можливих противників), то в результаті тільки дії ударної хвилі відразу загине 750 млн. чоловік , а в результаті сумісної дії ударної хвилі, світлового випромінювання і проникаючої радіації буде знищено близько 1,1 млрд. чоловік і ще близько 1,1 млрд людей отримають поранення і потребуватимуть медичної допомоги. Таким чином, 30-50% світового населення стануть безпосередніми жертвами війни тільки лише у разі вибуху двох ядерних бомб.
Однак у випадку ядерного конфлікту неминучі і довготривалі біологічні наслідки. Пил і сажа, які утворюються в результаті вибуху, поглинуть і розсіяння сонячне світло, понизять температуру повітря і грунту. Над північним півкулею інтенсивність світла може впасти до 1% норми, а температура може знизитися до -40 ° С. Доза радіації на площі, що становить 30% суші, підвищиться до 500 рад. У наступні кілька тижнів після вибуху більш ніж на половині території середніх широт північної півкулі радіоактивні опади створять зовнішню дозу опромінення, що перевищує 100 рад. Радіоактивні речовини будуть відкладатися в щитовидних залозах, кістках, шлунково-кишковому тракті людей, в молоці матерів. Після осідання пилу частково зруйнуватися шар озону окислом азоту, що утворюється при ядерному вибуху. У південній півкулі мінімальний рівень освітленості складе 10% норми, температура поверхні Землі досягне -18 ° С, а ультрафіолетове випромінювання буде вище норми на десятки відсотків протягом декількох років. Затемнення призведе до припинення фотосинтезу, багато рослини загинуть через нестачу світла, що викличе порушення в ланцюгах харчування в екологічних системах. Зниження температури викличе загибель зернових культур, бо, як відомо, влітку при наявності заморозків посіви пшениці гинуть вже при 5 ° С, а рис і сорго не утворюють насіння при 15 ° С. Кукурудза дуже чутлива до температури нижче 10 ° С.
Оскільки 30% площі суші на середніх широтах отримає дозу проникаючої радіації не менше 50 радий, то при згубною дозі для людини в 300-500 радий за 48 годин це призведе до загибелі ще близько 1 млрд людей. Крім того, сажа і пил будуть поглинати УФ-випромінювання, що призведе до пошкодження імунної системи, рогівки очей і до катаракти у людей, що залишаються в живих.
Вплив низьких температур, пожеж, радіації, сильних вітрів буде супроводжуватися розпадом екологічних систем, розмноженням шкідників лісів, полів, садів і городів. Тварини загинуть від голоду, морозів та відсутності води. У результаті міграції тварин почнеться поширення хвороб людини і тварин. У кінцевому підсумку дія радіоактивних речовин призведе до загибелі тваринного світу. Особливо чутливими виявляться тропічні ліси, бо у рослин тропіків і субтропіків немає періоду спокою, що дозволяє їм витримувати температури навіть вище нуля.
Чіткі уявлення про наслідки ядерної війни є потужним фактором подальшої активізації антивоєнних рухів, боротьби за виживання людства в ядерну добу.
Охорона природи і місця існування людини в наш час набула суспільний інтерес. Можна сказати, що стосунки суспільства з навколишнім середовищем - це одна з найбільш глобальних проблем людства.
Поняття «охорона природи» і «охорона середовища проживання людини» складні і великі. Охорона природи - це комплекс державних, громадських та наукових заходів, спрямованих на раціональне природокористування, відновлення і множення природних ресурсів Землі. Охорона середовища проживання людини - це охорона всього того, що безпосередньо оточує людину, що становить екологічні системи, членом яких він є, а також недопущення в середовищі існування факторів, що згубно діють на його здоров'ї. Ці поняття в чому схожі між собою, бо їхній стратегічний сенс полягає в знаходженні шляхів регулювання взаємовідносин людського суспільства і природи (живої та неживої). Тим не менше ці поняття мають і суттєві відмінності.
Охороняти природу - це не означає зберігати її в незайманому вигляді, бо людина і далі буде експлуатувати природні ресурси, причому в міру зростання народонаселення ще в більшій мірі.
Мова йде про охорону, яка повинна забезпечити встановлення рівноваги між використанням і відновленням, а також безперервне підтримку потужності біосфери. Тому головні завдання всіх природ оохранітельних заходів полягають в тому, щоб не порушувати кількісні та якісні характеристики кругообігу речовин і трансформації енергії, тобто не змінювати історично сформовану біопродуктивність біосфери.
Навпаки, повинні здійснюватися систематичні розробки заходів, спрямованих на інтенсифікацію біологічних кругообігів у природних і штучних екосистемах, т. е. на різке підвищення продуктивності Землі. Зокрема, необхідно створення справді наукових основ збільшення щільності зеленого покриву Землі з великою часткою видів, для яких характерний високий коефіцієнт корисної дії фотосинтезу. З іншого боку, важливо зберігати рідкісні та зникаючі види тварин.
Нарешті, не можна наповнювати середу радіаційними і хімічними забруднювачами, шкідливими для тварин і рослин. Отже, генеральна лінія в охороні природи є охорона і відтворення живого світу.
Говорячи про охорону середовища проживання людини, важливо пам'ятати, що будучи складовим компонентом біосфери, людина в ході історичного розвитку адаптувався до свого оточення, але не біологічно, а соціально за допомогою технічних і культурних засобів. Тому, як жива істота, людина відкрита для дії на нього забруднювачів довкілля. Підтримувати гігієну середовища проживання - це означає підтримувати екологічну рівновагу між людиною і його оточенням з метою забезпечення благополуччя людини, її здоров'я. Тому в наш час виникли питання не тільки визначення шкоди, заподіяної вже генофонду людини, а й визначення шляхів захисту спадкового матеріалу людини від факторів, що породжуються його діяльністю в біосфері.
Вирішення названих питань у різних країнах йде по декількох напрямках, головні з яких полягають у створенні чутливих тест-систем для оцінки мутагенної активності забруднювачів навколишнього середовища і в пошуках підходів у ефективному стеженню за генетичними процесами, що протікають у популяціях людини (розробка основ генетичного моніторингу популяцій) . Сенс і необхідність цих робіт полягає в інтегральному аналізі динаміки генетичного вантажу, тобто у вивченні та оцінці частоти мутацій генів і хромосом, індукованих забруднювачами, по відношенню до мутацій, історично накопиченим в процесі еволюції, еволюційно сформованим системам збалансованого генетичного поліморфізму.
В даний час для реєстрації змін в генетичній структурі популяцій людини використовують кілька підходів.
Один з цих підходів пов'язаний з урахуванням популяційних характеристик. Як показник оцінки генетичного вантажу використовують медико-статистичні показники (частота спонтанних абортів, частота мертвонароджень, вага дітей при народженні, ймовірність виживання, співвідношення статей, частота захворювань вроджених і набутих, показники росту і розвитку дітей).
Інший підхід пов'язаний з урахуванням «сторожових» фенотипів, тобто з визначенням фенотипів, які завдяки певним мутацій, успадкованим домінантно. Прикладом такого фенотипу є вивих тазостегнового суглоба. У відібраної популяції ведеться стеження за динамікою частоти цікавлять фенотипів серед новонароджених, наприклад, за динамікою частоти вивиху кульшового суглоба.
Ще один підхід пов'язаний з використанням електрофорезу білків сироватки крові і еритроцитів для виявлення мутантних білків на основі їх рухливості в електричному полі, оскільки причиною зміни заряду білкової молекули може бути заміна або вставка одного або декількох азотистих основ у гені. Нарешті, використовують підхід, пов'язаний з цитогенетичними дослідженням спонтанно абортованих ембріонів, мертвонароджених, живонароджених і дітей з вродженими вадами.
Безсумнівно, що частина збитку, вже нанесеного біосфері, неможливо відновити. Тому перед людством стоїть завдання створити умови збалансованого розвитку. Найважливіше завдання полягає у створенні таких технологій, які б виключали повністю або обмежували викид в навколишнє середовище забруднювачів.
Мова йде про такі технології як у промисловості, так і сільському господарстві.
У багатьох країнах є національні програми охорони природи і навколишнього середовища. Програма базується на обліку специфіки місцевих умов. Однак які б заходи не приймалися в окремих країнах, вони не можуть забезпечити вирішення всього комплексу питань, пов'язаних із забрудненням атмосфери, відкритих морів, Світового океану. Оскільки біосфера неподільна політично, а забруднення середовища проживання людини тягне за собою глобальні наслідки, величезне значення має міжнародне співробітництво в галузі охорони природи і місця існування людини.
Крім рішень питань на урядових рівнях, велике значення має діяльність Міжнародного союзу охорони природи, Всесвітнього фонду охорони природи, а також спеціалізованих установ ООН.
5 червня - Всесвітній день охорони навколишнього середовища. У 1986 р. ВООЗ прийняла Глобальну стратегію збереження здоров'я для всіх до 2000 р. Відповідно до цієї стратегії неодмінною умовою для виконання поставлених завдань є збереження та зміцнення миру на Землі. У наш час мова йде про збереження життя на Землі.
Список літератури
· Біологія з основами екології. Серія «Підручники для вузів. Спеціальна література »- СПб.: Видавництво« Лань », 2000.
· Біологія. (Підручник) Чебишев Н.В. та ін (2000
· Наочна біохімія. Кольман Я., Рем К.-Г. (2000
Поряд зі стійкістю, екологічним системам притаманна так звана екологічна сукцесія, що полягає у зміні спільнот організмів у ході історичного розвитку природи, тобто в заміні одних спільнот рослин і тварин (їх видів) в екосистемі рослинами і тваринами інших спільнот (видів).
Для екологічної сукцесії, як історичного процесу, характерний ряд закономірностей. Перш за все, процес екологічної сукцесії дуже тривалий у часі, оскільки він полягає не у швидкій і раптової заміни одних спільнот іншими, а в повільній та нерегулярної заміні одних видів тварин чи рослин у спільнотах іншими видами, але після того, як почався процес зміни абіотичних факторів , тобто змінюються умови абіотичного середовища.
Умови, створювані організмами видів, початківців сукцесій першими, сприяють потім для впровадження в екологічну систему організмів інших видів, які, як правило, виявляються краще адаптованими до нових умов. Завдяки цьому вони швидше замінюють організми, що стали менш пристосованими до нових умов існування. Таким чином, розвиток нових екологічних систем (в результаті сукцесії) починається з заміни первинного спільноти рослин і тварин більш досконалими спільнотами рослин і тварин. У кінцевому підсумку в екологічній системі встановлюється постійне співтовариство, яке руйнується лише при дії на екосистему будь-яких сильнодіючих факторів.
Спільноти організмів, які протягом тривалого періоду існування екологічних систем не змінюються на інші спільноти, називають Клімаксное. Ті ж співтовариства, які з'являються в результаті сукцесії, отримали назву серіальних.
Зазвичай сукцесії відбуваються протягом тривалих проміжків часу, що становлять сотні або тисячі років. Однак якщо ж екологічні системи піддаються зовнішнім впливам, то сукцесії відбуваються швидше. Можна сказати, що в результаті зовнішніх впливів на екологічну систему порушується екологічна рівновага, тобто відбуваються зміни (порушення) в природі.
Таким чином, порушення в природі є результатом порушення екологічної рівноваги, руйнування історично сформованих екологічних систем.
Зміни спільнот в результаті сукцесії полягають у зміні видового складу рослин і тварин. Видова різноманітність у нових співтовариствах залежить від багатьох факторів, починаючи від стійкості окремих видів До сукцесія і входження їх у нові спільноти і закінчуючи рослинами і тваринами, легко заселяються території, що піддавалися господарському впливу з боку людини.
Повернемося до озера, обраному в якості прикладу екологічної системи. Типовим прикладом сукцесії є підсихання і забруднення озера трав'янистою рослинністю, перетворення його в болото, а потім у незручний, забруднена чагарником.
Безсумнівно, що поряд зі зміною рослинності тут відбувається і зміна тваринного світу. Дуже ілюстративним, можливо, глобальним прикладом сукцесії є підсихання Аральського моря, яке супроводжується появою на місці колишнього морського дна нових спільнот рослин і тварин, включаючи дрібних ссавців.
Антропогенні впливи і спрямування цих впливів
На примітивних стадіях свого розвитку людина була одним з рівних видів (серед рослин і тварин) в екологічних системах. З цієї причини регулюючі механізми в тодішніх екологічних системах діяли так, як ніби-то в них немає людини. Однак з тих пір, як людина стала важливим, а потім і домінуючим видом в екологічних системах, регулюючі механізми стали слабшати або зовсім руйнуватися. Причини полягають у впливі людини на біосферу, почала яких сходить до неоліту.Однак на ранніх етапах історії людини ці дії були незначними. У подальшому ж вони стали наростати. Звернувши на це увагу, В. І. Вернадський назвав ту частину біосфери, на якій особливо сильно позначається діяльність людини, ноосферою.
Особливо прогресуючий характер впливів на біосферу наголошується в новітній час, коли діяльність людини в біосфері за багатьма напрямками необоротно стала глобальною, коли його життя стала визначатися споживанням і викидами в гігантських розмірах. Нижче показано, якими будуть споживання і викиди найближчим десятиліття на одну людину, починаючи з 1972 р.
| Передбачається спожити: | Передбачається викинути: |
| Їжа - 50 т. | Пляшки - 27 000 |
| Вода - 98280000 л | Пляшкові пробки -27 000 |
| Залізо і сталь - 52 т | Сміття - 126 т |
| Папір - 650 кг | Використані |
| Добрива - 5000 кг | автомобілі - 2 |
Напрямів впливу людини на біосферу (антропогенних факторів) дуже багато. Вплив людини на біосферу настільки значні, що вони, як вважав В. І. Вернадський, створюють нову оболонку Землі - ноосферу. Однак тут ми розглянемо лише деякі з цих напрямів, звернувши увагу на їх «результативність» і на те, що людина ще не зумів винайти механізми, які б підтримували стабільність у модифікованих їм екологічних системах, членом яких він є сам і які забезпечують його їжею і матеріалами, які дозволяють подальший розвиток цивілізації.
Серед найважливіших напрямків в діяльності людини в біосфері слід назвати в першу чергу виробництво їжі, виробництво енергії, виробництво промислових матеріалів і хімічний синтез, транспорт і господарську діяльність. Особливе значення має військова діяльність у вигляді війн і різних збройних конфліктів. Заслуговують на особливу увагу питання, що стосуються можливого використання ядерної зброї.
Виробництво їжі. У ході своєї історії людство завжди стикалося з необхідністю забезпечення себе їжею, причому ця проблема вирішувалася різними способами. Протягом перших тисячоліть своєї історії наші предки були хижаками і травоїдними, а Земля в початковий період землеробства могла прогодувати лише 10 млн. осіб (рис. 219). Недолік продовольства супроводжується голодом.
Вперше голод виник ще в стародавньому Римі приблизно 3,5 тис. років до н. е.., а його спалаху супроводжують всю історію людства, включаючи і наш час. Відповідно до існуючих розрахунками для забезпечення нормальної життєдіяльності однієї людини протягом 70 років його життя необхідно 50 т продовольства зі значною часткою білкового змісту. Зараз населення світу становить понад 6 млрд людей, але кількості виробленого білка достатньо для задоволення потреб лише половини світового населення. Тим часом за даними ООН чисельність населення Землі до 2020 р. перевищить 7 млрд, а до 2025 р. - 8460 млн
Зокрема, до 2025 р. населення Китаю складе 1492 млн чоловік, Індії - 1445 млн, Нігерії - 301 млн, США - 300 млн. З цієї причини необхідно буде мати продовольства, як мінімум, у два рази більше, ніж зараз.
Одне з традиційних напрямків у виробництві їжі полягає в рубці лісів і розорювання нових земель. Вже зараз орні землі займають 1300 млн гектарів (10% поверхні Землі). Однак неправильне розорювання земель веде до ерозії грунту, до заростання її бур'янами. Більше того, введення в сівозміну нових культур змінило зміст агроценозів, в результаті чого в плодах деяких культур стали виявляти отруйні речовини. Наприклад, в арахісі, зараженому Aspergillus flavus, виявлений афлатоксин.
Для досягнення високих врожаїв вдаються до рясного зрошення посівів, але це веде до засолення грунтів. Крім того, вдаються до хімічних добрив, внесених у грунт у великих кількостях, але не використані рослинами добрива з дощовими або весняними водами виносяться у водойми і «удобрюють» їх, внаслідок чого в них посилено розмножується планктон, що змінює водні екосистеми, веде до екологічної сукцесії з її несприятливими наслідками.
Для захисту рослин у сільському господарстві широко використовують різні хімічні сполуки як пестицидів, гербіцидів та дефоліантів, яких у світі зараз виробляється більше 2 млн тонн щорічно.
Однак ці хімічні речовини, серед яких багато хто є мутагенами, забруднюють середовище (грунт і воду), проникають у клітини рослин і тварин, а потім з їжею рослинного і тваринного походження потрапляють в організм людей, викликаючи порушення в здоров'ї.
Хімічні речовини, що забруднюють грунт, воду, атмосферу називають забруднювачами довкілля.
Виробництво енергії. Щоб забезпечити себе енергією людина вдається до видобутку і спалюванню енергоносіїв. Зокрема, з середини XIX ст. почався бурхливий споживання кам'яного вугілля, а пізніше і нафти. Однак при спалюванні енергоносіїв утворюється безліч речовин-забруднювачів, які широко розподіляються у біосфері, перетинаючи кордони країн і континентів. Наприклад, за деякими підрахунками щорічно у світі в результаті спалювання рідкого і твердого палива лише на електростанціях, ТЕЦ і в будинкових котелень у атмосферу викидається близько 200 млн тонн окислів азоту.
У той же час в атмосфері зменшується кількість кисню, але збільшується частка вуглекислого газу.
Підраховано, що за останні 100 років концентрація вуглекислоти в атмосфері збільшилася на 12%, створюючи так званий парниковий ефект.
Якщо у дощові води потрапляють двоокис сірки і оксиди азоту, які утворюються в результаті спалювання вугілля і нафти, то вони перетворюються практично в розбавлені розчини сірчаної та азотної кислот, які з опадами у вигляді кислотних дощів чи снігу випадають на Землю, де вони стають отруйними для тварин , рослин і людини.
Підраховано, що за останні 100 років кількість кислотних опадів збільшилася більш ніж у 30 разів.
У результаті виробництва енергії в атмосферу потрапляє також величезна кількість частинок золи, які містять мутагенні і одночасно канцерогенні речовини (пірен, поручнів та ін.)
Передбачається, що до 2000 р. близько 50% або більше енергії вироблятиметься АЕС, а це дозволяє припускати, що біосфера і далі буде забруднюватися радіоактивними відходами. Особливо небезпечні аварії на АЕС. Отже, виробництво енергії неминуче веде до забруднення біосфери.
Виробництво промислових матеріалів і хімічний синтез. Цей напрям у діяльності людини супроводжується не тільки використанням непоправних запасів мінеральних речовин і води, в тому числі питної, але і утворенням при виробництві матеріалів (сталі, чавуну, цементу, тканин і т. д.) у величезних кількостях різних хімічних сполук. У грунт і воду потрапляють солі важких металів, а через їжу - і в організм людини.
Виробництво різних металів, як і енергії, супроводжується також запиленням атмосфери, особливо мінеральної пилом і сульфатними аерозолями. Наприклад, цементний пил містить оксиди кальцію та магнію.
| \ |
Великого поширення набуло виробництво побутових аерозолів, чистячих і миючих засобів, а також хімічних сполук, які надають матеріалами водонепроникність і інші властивості. Їх використання також супроводжується забрудненням довкілля. Мінеральні пилу сприяють підвищенню температури у верхніх шарах атмосфери, а також викликають інші несприятливі наслідки в тропосфері.
Небезпеку становлять хлорфторуглеводороди у зв'язку з їх використанням в холодильній промисловості. Вони руйнують озоновий шар, що захищає живий світ від короткохвильового ультрафіолетового випромінювання. Особливу небезпеку для атмосфери представляє насичення її вуглекислим газом, який створює так званий «парниковий ефект».
Щороку в країнах, що мають хімічну лабораторну базу і хімічну промисловість, синтезується кілька десятків тисяч нових хімічних сполук, з яких близько 500 йде на ринок для використання в промисловості, сільському господарстві та медицині. Проте використання продуктів хімічного синтезу не завжди є сприятливим, що підтверджується використанням у практиці ДДТ і ДЕС. ДДТ був синтезований вперше ще в 1874 р., але починаючи з 1930 р. його стали використовувати в якості пестициду та препарату проти малярійних комарів. Однак, вже в 60-ті роки стали помічати, що використання супроводжувалося зменшенням чисельності птахів у Європі, а в 70-і роки було встановлено, що він має «фемінізірующім» впливом на тварин.
Зокрема, було встановлено, що під впливом цього з'єднання у алігаторів зменшується в розмірах злягальні орган, а вплив метаболітів цього з'єднання на чоловіків супроводжується зниженням концентрації сперматозоїдів в їх ейякулятах, а також розвитком крипторхізму. Детальне вивчення механізмів дії ДДТ та інших подібних хімічних сполук, що забруднюють навколишнє середовище, показало, що в організмі ці сполуки і продукти їх розпаду, будучи за хімічною структурою несхожими на природні естрогени, все ж таки діють як естрогенів або блокаторів андрогенів. Крім того, не викликаючи структурних змін в генах, вони викликають зміни в експресії генів.
ДЕС (діетілстілбестрол) був синтезований у 1938 р. і тривалий час використовувався в тваринництві для стимуляції росту великої рогатої худоби, а в медичній практиці - для попередження викиднів.
Однак у 70-і рр.. стали відзначати, що у дівчаток, народжених від матерів, які брали цей препарат, розвивається вагінальний рак.
Було встановлено також, що ДЕС теж має естрогенної активністю, що супроводжується несприятливими наслідками для людей.
Крім названих хімічних сполук відомі і інші синтетичні з'єднання, які небезпечні не тільки тим, що вони забруднюють навколишнє середовище, але і своїм механізмом дії на людину і тварин. Будучи несхожими за хімічною структурою на гормони, вони, тим не менш, мімікрують сигналізують дії природних гормонів. У результаті цього такі хімічні сполуки-забруднювачі отримали назву середовищних гормонів. Образно кажучи, токсичність деяких хімічних забруднювачів навколишнього середовища є результатом «природного» сигналу, посланого «неприродної» молекулою.
Особливої уваги заслуговує розгляд питання про хімічні сполуки, що використовуються в якості харчових добавок, оскільки в останні роки у багатьох склалося уявлення про те, що застосування харчових добавок є однією з умов масового виробництва продуктів харчування.
Харчові добавки класифікують на декілька груп, а саме:
а) Барвники. Ці хімічні сполуки використовують для поліпшення товарного виду м'яса, овочів і фруктів.
б) Консерванти, антиокислювачі, стабілізатори та емульгатори. Ці хімічні сполуки використовують для забезпечення збереження продуктів харчування протягом тривалого часу за різних умов зберігання. Ними обробляють продукти як тваринного, так і рослинного походження.
в) Підсилювачі смаку та аромату. Ці хімічні сполуки широко використовують у виробництві продуктів як тварини, так і рослинного походження.
г) Актіфламінгі. Ці добавки є хімічні сполуки, що перешкоджають утворенню піни при розливі соків, а також злежуванню цукру, солі, борошна та інших сипучих продуктів харчування. Хоча біологічна ефективність багатьох добавок невідома, проте, продукти харчування з харчовими добавками не можна вважати екологічно чистими. Нарешті, хімічний синтез супроводжується безконтрольним викидом в середу побічних продуктів хімії у величезних кількостях, частина яких володіє мутагенними (канцерогенними) властивостями. Деякі хімічні сполуки в звичайних умовах здаються нешкідливими. Однак потрапивши в організм, гідроліруются там і перетворюються на мутагени.
Транспорт. Одним з найважливіших напрямків в діяльності людини є розвиток до використання транспорту з метою перевезення людей, промислової та сільськогосподарської продукції, сировини і т. д. Однак транспорт, особливо автомобільний, є забруднювачем біосфери. Повітряний транспорт також не байдужий дли біосфери. Наприклад, авіалайнер Москва-Нио-Йорк витрачає за один рейс понад 50 тонн кисню. Але шкода також полягає і в тому, що транспортування різних сировинних матеріалів часто супроводжується їх втратами, забруднюючими літосферу і гідросферу. Наприклад, в останні роки скинуто в моря й океани близько 0,1% нафти, перевезеної від місць видобутку до нафтоперегінних заводам. Забруднення суші нафтою призводить до повного припинення росту рослин на її поверхні.
Перераховані тут напрями в діяльності людини вже призвели до різких змін у біосфері, до порушень рівноваги в багатьох екологічних системах, що створило для людей нове фізичне, хімічне та біологічне оточення.
Діалектика перетворюючої діяльності людини у власних інтересах полягає в тому, що виникли нові протиріччя між біологічними особливостями людини і створеними ним в результаті перетворюючої діяльності чинниками середовища, багато з яких небезпечні для його здоров'я, будучи мутагенами і канцерогенами, а також іншими патогенетичними чинниками.
Господарська діяльність. З давніх часів господарська діяльність людини в природі завжди супроводжувалася руйнуванням середовищ існування та зміною чисельності видів тварин і рослин. Наприклад, в період з 1600 р. по 1947 р. із Землі. Зникло 63 види і 55 підвидів ссавців. Серед них слід назвати таких тварин як морські корови, які мешкали у Командорських островів, квагга (зебра), що жили в Південній Африці, мандрівні голуби - ендеміки Північної Африки.
Триваюче руйнування місць мешкання тварин створило загрозу ще для близько 450 видів хребетних, а триває надмірна видобуток та відлов загрожують дуже багатьом видам ссавців, птахів і риб.
Вважають, що в результаті господарської діяльності в даний час головними загрозливими факторами для існування хребетних є руйнування їх місцепроживання, погіршення або ліквідація кормової бази, знищення цих тварин з метою захисту посівів, промисел.
Слід відзначити також роль інтродукції (впровадження) нових видів, яка не завжди сприятлива для історично сформованих біоценозів.
Наприклад, вселення у внутрішні водойми нашої країни деяких видів риб, що харчуються планктоном, супроводжувалося різким зміною структури прісноводних спільнот. У 1960 р-ну Тайвань був переселений з Аргентини один з видів равликів як потенційне джерело білка. Равлики цього виду поширилися і в інші райони Ю. Азії, що супроводжувалося зниженням урожаю рису.
В усіх промислово розвинених країнах щодня в перерахунку на одну людину викидається близько 3 кг домашнього, будівельного, вуличного та іншого сміття. У світі щорічно одна людина викидає в середньому кілька десятків консервних банок, кілька десятків скляних пляшок, кілька кілограмів паперу (пакувальної, обгорткового, газетної та ін.) Все це надзвичайно забруднює біосферу.
Особливого значення набувають біологічні забруднювачі, які потрапляють в середу в результаті недостатньої санітарної культури людей в процесі їх господарської діяльності, з одного боку, а також у результаті екологічної сукцесії, з іншого. Прикладами першого типу забруднень є забруднення середовища гельмінтами, патогенними мікроорганізмами, плазмідами, а другого типу - поява на територіях, звільнених у результаті висихання водойм, тварин, які є резервуарами природно-вогнищевих хвороб.
Військова діяльність. Найбільша загроза для біосфери і людства пов'язана з перспективою ядерної війни. Як відзначають в одному зі своїх доповідей експерти Всесвітньої федерації наукових працівників, якщо відбудуться вибухи двох ядерних бомб потужністю близько 5-10 тис мт (по одній на території кожного з можливих противників), то в результаті тільки дії ударної хвилі відразу загине 750 млн. чоловік , а в результаті сумісної дії ударної хвилі, світлового випромінювання і проникаючої радіації буде знищено близько 1,1 млрд. чоловік і ще близько 1,1 млрд людей отримають поранення і потребуватимуть медичної допомоги. Таким чином, 30-50% світового населення стануть безпосередніми жертвами війни тільки лише у разі вибуху двох ядерних бомб.
Однак у випадку ядерного конфлікту неминучі і довготривалі біологічні наслідки. Пил і сажа, які утворюються в результаті вибуху, поглинуть і розсіяння сонячне світло, понизять температуру повітря і грунту. Над північним півкулею інтенсивність світла може впасти до 1% норми, а температура може знизитися до -40 ° С. Доза радіації на площі, що становить 30% суші, підвищиться до 500 рад. У наступні кілька тижнів після вибуху більш ніж на половині території середніх широт північної півкулі радіоактивні опади створять зовнішню дозу опромінення, що перевищує 100 рад. Радіоактивні речовини будуть відкладатися в щитовидних залозах, кістках, шлунково-кишковому тракті людей, в молоці матерів. Після осідання пилу частково зруйнуватися шар озону окислом азоту, що утворюється при ядерному вибуху. У південній півкулі мінімальний рівень освітленості складе 10% норми, температура поверхні Землі досягне -18 ° С, а ультрафіолетове випромінювання буде вище норми на десятки відсотків протягом декількох років. Затемнення призведе до припинення фотосинтезу, багато рослини загинуть через нестачу світла, що викличе порушення в ланцюгах харчування в екологічних системах. Зниження температури викличе загибель зернових культур, бо, як відомо, влітку при наявності заморозків посіви пшениці гинуть вже при 5 ° С, а рис і сорго не утворюють насіння при 15 ° С. Кукурудза дуже чутлива до температури нижче 10 ° С.
Оскільки 30% площі суші на середніх широтах отримає дозу проникаючої радіації не менше 50 радий, то при згубною дозі для людини в 300-500 радий за 48 годин це призведе до загибелі ще близько 1 млрд людей. Крім того, сажа і пил будуть поглинати УФ-випромінювання, що призведе до пошкодження імунної системи, рогівки очей і до катаракти у людей, що залишаються в живих.
Вплив низьких температур, пожеж, радіації, сильних вітрів буде супроводжуватися розпадом екологічних систем, розмноженням шкідників лісів, полів, садів і городів. Тварини загинуть від голоду, морозів та відсутності води. У результаті міграції тварин почнеться поширення хвороб людини і тварин. У кінцевому підсумку дія радіоактивних речовин призведе до загибелі тваринного світу. Особливо чутливими виявляться тропічні ліси, бо у рослин тропіків і субтропіків немає періоду спокою, що дозволяє їм витримувати температури навіть вище нуля.
Чіткі уявлення про наслідки ядерної війни є потужним фактором подальшої активізації антивоєнних рухів, боротьби за виживання людства в ядерну добу.
Охорона природи й довкілля
Сучасні уявлення про охорону природи і місця існування людини засновані на ідеях В. І. Вернадського про охорону біосфери. У сучасному трактуванні мова йде, перш за все, про попередження змін в кількостях променистої енергії, що досягає Землі, про підтримку достатньої стійкості хімічних циклів, що протікають у біосфері.Охорона природи і місця існування людини в наш час набула суспільний інтерес. Можна сказати, що стосунки суспільства з навколишнім середовищем - це одна з найбільш глобальних проблем людства.
Поняття «охорона природи» і «охорона середовища проживання людини» складні і великі. Охорона природи - це комплекс державних, громадських та наукових заходів, спрямованих на раціональне природокористування, відновлення і множення природних ресурсів Землі. Охорона середовища проживання людини - це охорона всього того, що безпосередньо оточує людину, що становить екологічні системи, членом яких він є, а також недопущення в середовищі існування факторів, що згубно діють на його здоров'ї. Ці поняття в чому схожі між собою, бо їхній стратегічний сенс полягає в знаходженні шляхів регулювання взаємовідносин людського суспільства і природи (живої та неживої). Тим не менше ці поняття мають і суттєві відмінності.
Охороняти природу - це не означає зберігати її в незайманому вигляді, бо людина і далі буде експлуатувати природні ресурси, причому в міру зростання народонаселення ще в більшій мірі.
Мова йде про охорону, яка повинна забезпечити встановлення рівноваги між використанням і відновленням, а також безперервне підтримку потужності біосфери. Тому головні завдання всіх природ оохранітельних заходів полягають в тому, щоб не порушувати кількісні та якісні характеристики кругообігу речовин і трансформації енергії, тобто не змінювати історично сформовану біопродуктивність біосфери.
Навпаки, повинні здійснюватися систематичні розробки заходів, спрямованих на інтенсифікацію біологічних кругообігів у природних і штучних екосистемах, т. е. на різке підвищення продуктивності Землі. Зокрема, необхідно створення справді наукових основ збільшення щільності зеленого покриву Землі з великою часткою видів, для яких характерний високий коефіцієнт корисної дії фотосинтезу. З іншого боку, важливо зберігати рідкісні та зникаючі види тварин.
Нарешті, не можна наповнювати середу радіаційними і хімічними забруднювачами, шкідливими для тварин і рослин. Отже, генеральна лінія в охороні природи є охорона і відтворення живого світу.
Говорячи про охорону середовища проживання людини, важливо пам'ятати, що будучи складовим компонентом біосфери, людина в ході історичного розвитку адаптувався до свого оточення, але не біологічно, а соціально за допомогою технічних і культурних засобів. Тому, як жива істота, людина відкрита для дії на нього забруднювачів довкілля. Підтримувати гігієну середовища проживання - це означає підтримувати екологічну рівновагу між людиною і його оточенням з метою забезпечення благополуччя людини, її здоров'я. Тому в наш час виникли питання не тільки визначення шкоди, заподіяної вже генофонду людини, а й визначення шляхів захисту спадкового матеріалу людини від факторів, що породжуються його діяльністю в біосфері.
Вирішення названих питань у різних країнах йде по декількох напрямках, головні з яких полягають у створенні чутливих тест-систем для оцінки мутагенної активності забруднювачів навколишнього середовища і в пошуках підходів у ефективному стеженню за генетичними процесами, що протікають у популяціях людини (розробка основ генетичного моніторингу популяцій) . Сенс і необхідність цих робіт полягає в інтегральному аналізі динаміки генетичного вантажу, тобто у вивченні та оцінці частоти мутацій генів і хромосом, індукованих забруднювачами, по відношенню до мутацій, історично накопиченим в процесі еволюції, еволюційно сформованим системам збалансованого генетичного поліморфізму.
В даний час для реєстрації змін в генетичній структурі популяцій людини використовують кілька підходів.
Один з цих підходів пов'язаний з урахуванням популяційних характеристик. Як показник оцінки генетичного вантажу використовують медико-статистичні показники (частота спонтанних абортів, частота мертвонароджень, вага дітей при народженні, ймовірність виживання, співвідношення статей, частота захворювань вроджених і набутих, показники росту і розвитку дітей).
Інший підхід пов'язаний з урахуванням «сторожових» фенотипів, тобто з визначенням фенотипів, які завдяки певним мутацій, успадкованим домінантно. Прикладом такого фенотипу є вивих тазостегнового суглоба. У відібраної популяції ведеться стеження за динамікою частоти цікавлять фенотипів серед новонароджених, наприклад, за динамікою частоти вивиху кульшового суглоба.
Ще один підхід пов'язаний з використанням електрофорезу білків сироватки крові і еритроцитів для виявлення мутантних білків на основі їх рухливості в електричному полі, оскільки причиною зміни заряду білкової молекули може бути заміна або вставка одного або декількох азотистих основ у гені. Нарешті, використовують підхід, пов'язаний з цитогенетичними дослідженням спонтанно абортованих ембріонів, мертвонароджених, живонароджених і дітей з вродженими вадами.
Безсумнівно, що частина збитку, вже нанесеного біосфері, неможливо відновити. Тому перед людством стоїть завдання створити умови збалансованого розвитку. Найважливіше завдання полягає у створенні таких технологій, які б виключали повністю або обмежували викид в навколишнє середовище забруднювачів.
Мова йде про такі технології як у промисловості, так і сільському господарстві.
У багатьох країнах є національні програми охорони природи і навколишнього середовища. Програма базується на обліку специфіки місцевих умов. Однак які б заходи не приймалися в окремих країнах, вони не можуть забезпечити вирішення всього комплексу питань, пов'язаних із забрудненням атмосфери, відкритих морів, Світового океану. Оскільки біосфера неподільна політично, а забруднення середовища проживання людини тягне за собою глобальні наслідки, величезне значення має міжнародне співробітництво в галузі охорони природи і місця існування людини.
Крім рішень питань на урядових рівнях, велике значення має діяльність Міжнародного союзу охорони природи, Всесвітнього фонду охорони природи, а також спеціалізованих установ ООН.
5 червня - Всесвітній день охорони навколишнього середовища. У 1986 р. ВООЗ прийняла Глобальну стратегію збереження здоров'я для всіх до 2000 р. Відповідно до цієї стратегії неодмінною умовою для виконання поставлених завдань є збереження та зміцнення миру на Землі. У наш час мова йде про збереження життя на Землі.
Список літератури
· Біологія з основами екології. Серія «Підручники для вузів. Спеціальна література »- СПб.: Видавництво« Лань », 2000.
· Біологія. (Підручник) Чебишев Н.В. та ін (2000
· Наочна біохімія. Кольман Я., Рем К.-Г. (2000