WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«экология Под редакцией докт. техн. наук, проф. Г В. Тягунова, докт. техн. наук, проф. Ю. Г Ярошенко Рекомендовано Министерством образования ...»

-- [ Страница 2 ] --

Хищничество встречается и у растений, особенно произрас­ тающих на бедных питательными веществами почвах. У хищных (насекомоядных) растений сформировались различные приспо­ собления для привлечения и ловли насекомых. Так, у обитающей на наших болотах росянки насекомые, привлеченные запахом, садятся и прилипают к листу, волоски которого вьщеляют липкое вещество, а затем лист складывается. У тропического непентеса верхняя часть листового черешка имеет вид кувшина, с гладких краев которого насекомые соскальзывают внутрь, венериной му­ холовке свойственно активное захлопывание листьев-ловушек.

После поимки насекомые перевариваются с помощью ферментов и органических кислот.

–  –  –

точника пищи, места обитания, защиты от врагов и т.д. Переход к паразитизму резко увеличивает возможность вида выжить в борьбе за существование. Тело хозяина создает для живущих в нем орга­ низмов благоприятный и относительно ровный микроклимат, не подверженный значительным колебаниям, которые всегда имеют место в природе.

При тесном контакте паразита с хозяином преимущества получают организмы, способные длительное время использовать хозяина, не приводя его к слишком ранней гибели и обеспечивая тем самым наилучшее существование. К числу постоянных парази­ тов относятся простейшие (малярийный плазмодий, дизентерий­ ная амеба), плоские черви (сосальщики, цепни), круглые черви (аскарида, трихина и многие другие), членистоногие (вши, бло­ хи, чесоточный клещ). Паразиты могут поселяться в крови, в тка­ нях и полостях тела. Поскольку при постоянном паразитизме орга­ низм хозяина - единственное местообитание для паразита, с ги­ белью хозяина погибзет и паразит.

Паразитические отношения часто встречаются и у растений, грибов и бактерий.

Как приспособление к новым условиям существования у мно­ гих паразитов происходят глубокие изменения в строении и жиз­ недеятельности: утрачиваются отдельные органы и целые системы органов (корни и листья у растений паразитов, у ленточных чер­ вей-паразитов - пищеварительная система). Взамен утраченных органов сильно развивается половая система. Высокая плодови­ тость паразитов увеличивает вероятность встречи с хозяином. У человека могут паразитировать около видов, практически во всех частях тела.

Когда у двух близких видов наблюдаются сходные потребно­ сти (в пище, местах обитания и т.п.) возникает конкуренция. Раз­ личают три основных типа конкуренции: взаимное конкурентное подавление (взаимодействие "-" - "-"), конкуренция из-за ре­ сурсов ("-" - "-"), аменсализм - когда одна из популяций по­ давляет другую ("О" - "-").

Формы конкурентного взаимодействия могут быть самыми разными - от прямой физической борьбы до мирного совместно­ го существования. Ч. Дарвин считал конкуреfiцию одной из важ­ нейших составных частей борьбы за существование, играющей большую роль в эволюции. Часто конкуренты активно действуют друг на друга. В смешанных посадках деревьев быстрорастущие эк­ земпляры будут затенять и угнетать медленно растущие деревья.

Раздел 1. Элементы общей экологии 91 Растения и животные могут подавлять конкурентов и с помощью химических веществ.

Например, грибы препятствуют росту бакте­ рий путем выработки антибиотиков. В ходе эволюционного разви­ тия биоценоза существует тенденция к уменьшению роли отрица­ тельных взаимодействий за счет положительных, при этом увели­ чивается выживание взаимодействующих видов.

Лимитирующие факторы 3.2.2.





Атмосфера, как компонент экосистемы, играет большую роль в обеспечении существования жизни. Каждый биоценоз обладает своими климатическими характеристиками. Поток энергии, от ко­ торого зависят все компоненты экосистемы, меняется от места к месту (зональные различия), на протяжении суток (суточные ко­ лебания) и на протяжении года (сезонные колебания). Эти явле­ ния связаны с вращением Земли и наклоном ее орбиты к плоско­ сти врашения. В результате в разных регионах наблюдаются зависи­ мые от зонального макроклимата различные климатические цик­ лы суточные в тропиках и сезонные в умеренном поясе, причем здесь влияет еще и количество выпадающих осадков. Кроме того, для формирования климата экасистем огромную роль играет рель­ еф местности. Все экасистемы активно влияют на атмосферные процессы, создавая свой, соответствующий только определенным условиям климатический фон климатоп.

В полнокомпонентных биоценозах меняется характер освеще­ 43 % сол­ ния, особенно нижних ярусов. На открытой местности нечной радиации достигает почвы (остальное рассеивается в ат­ мосфере), а в биоценозе подобный световой поток резко умень­ шается за счет поглощения и отражения растениями.

Температурный режим под пологом леса существенно отли­ чается от температуры на открытом месте. Днем температура в глу­ бине биоценоза не достигает таковой на открытом месте, а ночью превышает ее (т.е. в биоценозе сглаженный ход суточных коле­ баний температуры).

Газовый режим также имеет свои особенности. В ночной пе­ риод повышается концентрация углекислого газа (это связано с процессами фотосинтеза у растений и почвенного дыхания), в результате этого возникает так называемый парникавый эффект, который тоже способствует сглаживанию температурного режима.

Днем содержание углекислого газа может падать больше, чем в атмосфере вне биоценоза (из-за фотосинтеза, имеющего темно­ вую и световую фазы).

92 Экология Ветровой поток по мере проникновения вглубь биоценоза затухает.

Кроме того, в биоценозе преобразуется и водный поток, в первую очередь атмосферные осадки. Вода перехватывается разны­ ми ярусами растительности, поэтому в почву попадает меньше влаги. Чем плотнее сомкнутость растений, тем больше перехват воды. Например, даже на лугах, в травостое клевера, задерживает­ ся до воды атмосферных осадков, а еще около задержи­ 40% 20% вается в подстилке. В результате испарения влаги растительными тканями часть воды возвращается в атмосферу. В умеренных широ­ тах большую роль в формировании влажностиого режима играет снеговой покров в зимний период, при этом высота снега на от­ крытом месте всегда ниже, чем в лесу или даже кустарнике.

Структурная дифференциация поверхности почвы и расти­ тельности ведет к формированию микроклимата в разных частях биоценоза. Например, на верхней и нижней стороне листьев, на разных частях стоящего или лежащего ствола и т.п. Различия в мик­ роклимате могут иметь решающее значение для мелких организмов.

Таким образом, атмосфера в биоценозе играет огромную роль в поддержании биотического круговорота вещества и энергии и обеспечении водного баланса.

Почва, или почвогрунт, - слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры, служит важнейшим связующим зве­ ном меЖду биотическими и абиотическими факторами. Почва об­ разуется в результате взаимодействия многих факторов: климата, материнской породы (рельефа и морфологии поверхности), жи­ вых организмов и времени. Процессы почвообразования протека­ ют в теснейшей связи с изменениями условий в биоценозе. В со­ став почвы входят минеральные вещества состава) из (50-60 % разрушающихся горных пород, органические вещества (до 1О %) из остатков организмов и продуктов их жизнедеятельности, воздух (15-25 %) (25-35 %).

и вода Почва - поставщик минеральных ресурсов. Содержание раз­ личных элементов в ней значительно отличается от такового в зем­ ной коре. Например, концентрация углекислого газа примерно в раз, а азота в раз больше.

В почве накапливается конечный продукт разложения органи­ ческих веществ- гумус. Чем ниже расположены почвенные гори­ зонты, тем более разложившиеся вещества они содержат (тем мень­ ше гумуса). Благодаря своим физическим и химическим свойствам гумус улучшает структуру почвы и ее аэрацию, а также повышает Раздел 1. Элементы общей экологии 93 способность удерживать воду и питательные вещества. Содержание гумуса определяет плодородие почвы. Кроме того, во многом бла­ годаря гумусу почва обладает термаизолирующими свойствами и защищает корни растений от перегрева и переохлаждения.

На отдельный организм, популяцию или экоеистему одно­ временно влияют многочисленные факторы среды. Процветанне отдельного организма, популяции или сообщества зависит от ком­ плекса условий. Любое состояние, приближающееся или превы­ шающее границу устойчивости организма или группы организмов, может считаться фактором, ограничивающим существование. Раз­ личные экасистемы характеризуются разнообразными комбина­ циями факторов, которые могут внести ограничения в биологи­ ческие структуры и их функции. Фактор, который может замед­ лять потенциальный рост как отдельного организма, так и экосис­ темы в целом, называется лимитирующим.

В дальнейшем понятие лимитирующих факторов было рас­ ширено. В 1913 г. В. Шелфордом был сформулирован более общий закон (закон Шелфорда). Согласно этому закону, лимитирующим фактором процветания организма (вида или экосистемы) может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантно­ сти) организма к данному фактору. Диапазон толерантности по каж­ дому фактору, таким образом, ограничен его минимальными и максимальными значениями, в пределах которых только и может существовать организм.

Степень благополучия популяции (или вида) в зависимости от воздействующего на нее фактора представляют в виде так назы­ ваемой кривой толерантности, имеющей обычно колоколообраз­ ную форму с максимумом, соответствующим оптимальному зна­ чению данного фактора (см. рис. 3.2). Оптимумом, таким образом, являются условия, в которых вид имеет наибольшую жизнеспособ­ ность, а данное сообщество получает преимущество перед другими.

Для каждого вида существуют свои опти­

–  –  –

существует зона сниженной жизненности, где организмы имеют воз­ можность существовать и размножаться, несмотря на условия ок­ ружающей среды, которые в этой зоне не всегда благоприятны.

Далее находится зона угнетенной жизненности, где нормальное су­ ществование организма подавляется неблагоприятным действием экологического фактора. Эrи зоны носят еще одно название стрес­ совых зон (стрессом называется неспецифическая реакция орга­ низма на любое сильное воздействие, оказываемое на него).

За пределами интервала толерантности лежит зона дистресса (отрицательной реакции организма на внешнее воздействие). Су­ ществование организма в этом диапазоне действия фактора невоз­ можно, так как приводит к его гибели.

По отношению к одним факторам организмы обладают ши­ роким диапазоном выносливости и вьщерживают значительные отклонения интенсивности действия фактора от оптимальной ве­ личины. К другим факторам живые существа могут быть Приспо­ соблены только в узком диапазоне их изменений и вьщерживают лишь небольшие отклонения от оптимума. Например, для некото­ рых антарктических рыб, адаптированных к холоду, диапазон пе­

-2 до 2 "С).

реносимых температур составляет всего 4 ·с (от В то же время рыбы, обитающие в водоемах пустынь, переносят диапазон температур от 10 до 40 ·с. Широким диапазоном выносливости к колебаниям температуры обладают животные, обитающие в высо­ ких широтах. Песцы в тундре могут переносить колебания темпе­ ратуры в пределах (от до "С). А древесные растения в

-55 80" 30 Якутии вьщерживают зимние морозы до ·с.

-70 Изменение интенсивности действия одного какого-либо фак­ тора от оптимальной величины может сузить пределы выносливо­ сти к другому фактору. Так, при уменьшении количества азота в почве снижается устойчивость злаков к засухе.

Многие факторы становятся ограничивающими в период раз­ множения. Пределы выносливости для семян, личинок, эмбрионов обычно уже, чем у взрослых растений и животных. В процессе роста и развития организма пределы толерантности к экологическим фак­ торам меняются. В процессе индивидуального развития (как и в процессе эволюции) организмы приспосабливаются к условиям сре­ ды, чтобы ослабить действие лимитирующих факторов. Только объе­ динившись в сообщества, организмы могут изменять условия среды.

Выявление ограничивающих факторов имеет огромное прак­ тическое значение. В первую очередь для выращивания сельскохозяй­ ственных культур: внесение необходимых удобрений, известкование Раздел Элементы общей экологии 1.

почв, мелиорация и т.д. позволяют повысить урожайность, повысить плодородие почв, улучшить существование культурных растений.

На формирование экасистем влияют многие абиотические факторы, в первую очередь климатические, а также особенности рельефа местности. Разнообразие природных условий на нашей планете приводит к формированию в различных регионах разных типов экосистем. Так как земная поверхность дифференцирована, возникли более или менее разграниченные комплексы взаимоот­ ношений между организмами и факторами среды. Определенные группы организмов так тесно связаны потоками вещества и энер­ гии, что образуют довольно стабильные в географическом отно­ шении экологические комплексы биомы.

Биомом называется совокупность видов растений и живот­ ных, составляющих население одной природной зоны и характе­ ризующаяся определенным типом структуры сообщества, выра­ жающая комплекс адаптаций к условиям среды.

Существуют следующие основные типы биомов: тундра, хвой­ ный лес, лиственный лес, влажный тропический лес, степь, пус­ тыня.

Рассмотрим краткую характеристику каждого биома.

Тундра- это биом, расположенный в арктическом поясе зем­ ли, сложился в условиях холодного климата и характеризуется наличием многолетней мерзлоты, безлесьем, мощным развитием мохового и лишайникового покровов и переувлажнением. Расте­ ния низкорослые, в основном многолетние (лишайники, мхи, травы, кустарники и кустарнички), прирост растений мед;rенный.

Фауна небогата, число оседлых видов невелико. Из млекопитаю­ щих наиболее важны северный олень, песец, грызуны (в первую очередь лемминги), волк, заяц-беляк. Среди птиц преобладают во­ доплавающие. Обильны насекомые, особенно кровососущие (гнус).

Пищевые цепи сравнительно короткие, поэтому изменение од­ ного из трофических уровней сильно отражается на других, вызывая резкие колебания численности. Считается, что тундровые экоеисте­ мы уязвимы и хрупки, особенно под антропогенным воздействием.

Хвойный лес (тайга) сложился в условиях относительно без­ морозного периода (около месяцев), холодных зим с устойчи­ вым снежным покровом и при количестве осадков, превышающих

–  –  –

изводные, лиственные леса (в основном березовые и осиновые).

Развитие кустарникового и травяного ярусов зависит от освещен­ ности под пологом леса (в еловых и пихтовых лесах подлесок ре­ док, а в сосновых и лиственничных - хорошо выражен). Здесь обитают характерные для всей лесной зоны млекопитающие лось, медведь, рысь, соболь, куница, белка, барсук, бурундук и др. Из птиц типичны глухарь, рябчик, кедровка, клесты, дятлы, совы и пр. Много насекомых, связанных с хвойными деревьями сосновый шелкопряд, жуки-усачи, короеды, таежные виды мура­ вьев и др. Обилен гнус.

В тайге сосредоточены значительные ресурсы древесины, пи­ щевого и лекарственного сырья, ведется интенсивный охотничий промысел.

Лиственный лес этот биом занимает южную часть лесной географической зоны умеренного пояса. Оrличается от тайги боль­ шим числом обитающих здесь видов животных и растений. Глав­ ные доминирующие породы деревьев - лиственные. Ярусностъ выражена очень хорошо, зачастую ярусы делятся на подъярусы. Из животных, помимо встречающихся в тайге, характерны различ­ ные виды оленей, косуля, кабан. Увеличивается количество и видо­ вое разнообразие птиц и насекомых. Лиственные леса также являют­ ся объектом интенсивной хозяйственной деятельности человека.

Влажные тропические леса распространены в экваториаль­ ном, тропическом и субтропическом поясах Земли. Занимают пло­ щадь около 30 млн. кв. км. Развиваются в условиях избытка влаги и тепла. Распространены в Южной Америке, Африке, Юго-Восточ­ ной Азии, на Новой Гвинее и в Океании. Древесные виды расте­ ний преобладают над травянистыми. Деревья цветут, плодоносят и сменяют листья на протяжении всего года. Ярусы древостоя прак­ тически не выражены, кустарники чаще всего отсутствуют, травя­ ной покров беден. Флора и фауна чрезвычайно богата. Здесь произ­ 80 % всех растает около видов растений. Разнообразное животное население сосредоточено главным образом в кронах деревьев. Из млекопитающих характерны обезьяны, в том числе человекооб­ разные (шимпанзе, горилла, орангутан, гиббоны), крупные хищ­ ники - леопард, тигр, ягуар. Из птиц - попугаи, колибри, тука­ ны и т.д. Много земноводных и пресмыкающихся. Чрезвычайно разнообразны беспозвоночные, в первую очередь насекомые.

Биоценозы тропических лесов наиболее продуктивные на на­ шей планете. Занимая около 6 % поверхности суши, они дают бо­ 28 % общей лее продукции органического вещества.

Раздел 1. Элементы общей экологии 97 Из-за интенсивного промывания и обилия беспозвоночных и грибов, разрушающих подстилку, почвы бедные, гумуса в них зна­ чительно меньше, чем в лесах умеренной зоны.

Влажный тропи­ ческий лес играет исключительную роль в нормальном функцио­ нировании и развитии всей биосферы, поддерживая ее водный и газовый режим, сохраняя разнообразие жизненных форм. В резуль­ тате деятельности человека площадь тропических лесов постояю;ю сокращается, что требует значительных усилий по их охране.

Степь это тип биома, который сложился в условиях про­ должительного жаркого лета и более или менее холодной зимы, при количестве осадков от до мм в год. Степи занимают обширные территории в Евразии, образуют высотный пояс в го­ рах, аналогами их в Северной Америке являются прерии, в Юж­ ной Америке пампасы. Из растений преобладают многолетние морозо- и засухоустойчивые травы, преимущественно злаки. Для почв характерно образование значительного по толщине плодо­ родного слоя. Много стадных копытных и грызунов. Обилие грызу­ нов привлекает хищных птиц и млекопитающих. Степи широко используются человеком для развития земледелия и пастбищного скотоводства, в результате чего они почти полностью освоены и преобразованы в сельскохозяйственные угодья.

В областях с крайне засушливым климатом распространены пустыни - биомы с сильно разреженным и обедненным расти­ тельным покровом. Количество осадков не превышает 200 мм в год (при высокой испаряемости). Пустыни занимают примерно треть территории суши на всех материках. Доля покрытой растительнос­ тью площади не превышает В наиболее засушливых обла­ 10-20%.

стях высшие растения отсутствуют на значительных площадях. Ра­ стения пустыни Приспособлены к длительному существованию при минимальных запасах влаги, например кактусы, опунции и моло­ чаи, запасающие влагу в теле растения, или саксаул, имеющий очень длинный корень, достигающий водоносных слоев. Исклю­ чение составляют арктические пустыни, зависящие не от сухости

–  –  –

лама). Из птиц интересны дрофа-красотка, рябчики, жаворонки.

Много пресмыкающихся, насекомых и паукообразных.

Площадь пустынь постоянно увеличивается, как по естествен­ ным причинам, так и под влиянием деятельности человека.

–  –  –

лесами и пустынями.

Саванна развивается в условиях четкой смены сухого и дожд­ ливого сезонов, при незначительном количестве осадков (примерно как в степи). Занимает около площади Африки, встречается и 40% в Южной Америке, Южной Азии, Австралии. Характеризуется обилием травяного покрова. Деревья редки, далеко отстоят друг от друга, в понижениях встречаются кустарники. Обилие раститель­ ной пищи способствует существованию богатого животного насе­ ления, особенно крупных травоядных животных- антилоп, жи­ рафов, буйволов, слонов, зебр, кенгуру в Австралии и др., а так­ же хищных - львов, гепардов, и др. Много грызунов, бегающих птиц (страусов), пресмыкающихся и насекомых.

На нашей планете наблюдается смена биомов в широтном (с юга на север) и вертикальном (при подъеме в горы) направлениях.

3.3. Основные принципы функционирования экосистем

Жизнь в биосфере поддерживается постоянным притоком солнечной энергии, который воспринимается молекулами живых клеток и через фотосинтез преобразуется в энергию химических связей. Химические вещества переходят от одних организмов к дру­ гим по трофическим цепям. При этом живой организм извлекает энергию из пищи, используя упорядоченность ее химических свя­ зей. Часть энергии расходуется на поддержание жизненных про­ 5-20 % передается цессов, часть теряется, а организмам последу­ ющих пищевых уровней. Не израсходованная на дыхание часть био­ массы разлагается редуцентами. В итоге вся биомасса при распаде высвобождает всю содержавшуюся в ней энергию. Таким образом, экосистемы, хотя энергия в них на какое-то время задерживается,

–  –  –

Практически все вещества земной коры с разной скоростью и в разных количествах проходят через организмы. Однако для жизни необходимы около биогенных элементов. Эти элементы, посто­ янно входящие в состав организмов, необходимы им для жизне­ деятельности.

–  –  –

живых существ (например, бор для растений, ванадий для асци­ дий и т.п.). В. И. Вернадский считал, что все химические элементы, постоянно присутствующие в живых организмах и играющие оп­ ределенную физиологическую роль, включены в постоянный кру­ говорот веществ или биогеохимические циклы.

Движущими силами круговорота веществ служат потоки энер­ гии Солнца и деятельность живого вещества, приводящие к пере­ мещению огромных масс химических элементов, концентрирова­ нию и перераспределению аккумулированной в процессе фото­ синтеза энергии. Благодаря фотосинтезу и непрерывно действую­ щим циклическим круговоротом биогенных элементов создается ус­ тойчивая организованность всех экосистем и биосферы в целом, осу­ ществляется их нормальное функционирование.

Нормальные биогеохимические циклы не являются замкнуты­ ми, хотя степень обратимости годичных циклов важнейших биоген­ ных элементов достигает 95-98 Не полная обратимость (незамкну­ %.

тость) - одно из важнейших свойств биогеохимических циклов, имеющая планетарное значение. Именно это обусловило биоген­ ное накопление кислорода и азота в атмосфере, различных химичес­ ких элементов и соединений в земной коре. Например, за счет непалной обратимости цикла углерода в течение последних 600 млн.

лет накопились огромные запасы углеродистых отложений (извест­ няков, битумов, углей, нефти и т.д.), оцениваемые в т.

10 16-10 17 Цикличность преобразования элементов обеспечивается од­ носторонне направленной передачей биомассы в трофических це­ пях экосистем. Пищевые цепи могут состоять из малого или боль­ шого числа звеньев. Организмы разных трофических цепей, но 100 Экология

–  –  –

Рис. Экологические пирамиды:

3.3.

А. Пирамиды чисел: Р продуценты, С;- консументы соответствующего уров- Дж в год ня; Б.Сравнение пирамид чисел, биомас сы и энергии для гипотетической пищевой цепи люцерна-скот-человек (на га). Масштаб логарифмический. (по с изменениями) 4 Odum, Раздел 1. Элементы общей экологии 101

3. Пирамида энерmи - величина потока энергии (рассчитывается в энергетических эквивалентах, отнесенных к единице времени).

Основание в пирамидах чисел и биомассы может быть мень­ ше, чем последующие уровни (так называемые обращенные пира­ миды). Это встречается в экосистемах, где продуценты крупные и малочисленные по сравнению с консументами. Например, лес, где главные продуценты -древесные растения. Нормальные пира­ миды чисел встречаются в биоценозах, где продуценты мелкие и многочисленные, например на лугах и в степи. Пирамида энергии всегда стоит "правильно", суживается кверху, так как в отличие от двух предьщущих учитывает время преобразований.

Таким образом, можно сделать заключение, что в наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно со­ провождается уменьшением биомассы и численности особей на каж­ дом трофическом уровне.

Все существующие естественные экологические системы мож­ но разделить на два основных типа - наземные и водные. Несмот­ ря на то что в обоих типах сообществ присутствуют и действуют основные экологические компоненты, существуют и значитель­ ные функциональные и структурные отличия.

В сухопутных (наземных) экасистемах продуценты (автотроф­ ный компонент) -крупные организмы, у которых от года к году происходит накопление биомассы. Например, прирост деревьев в лесу, рост трав за сезон вегетации, созревание семян и плодов (на­ копление надземной биомассы) или разрастание корневой системы травянистых растений на лугах и в степях (накопление подземной биомассы). Накопленную биомассу можно изъять в виде урожая.

В водных экасистемах в основной массе продуценты мелкие (фитопланктон), у которых происходит частая смена поколений.

Продуктивность такой экасистемы велика, но в каждый момент времени биомасса мала, и в низших звеньях водной трофической цепи в качестве урожая взять нечего.

Для сравнения продуктивности отдельных видов, популяций и экасистем в экологии определяют удельную продуктивность (ве­ личину продукции животных или растений, отнесенную к их сред­ ней биомассе за один и тот же отрезок времени). Известно, что скорость обмена веществ и роста организмов обычно возрастает со снижением их размеров. Поэтому удельная продуктивность авто­ трофов в водных экасистемах очень высока, за год выражается двузначными и трехзначными числами. а у наземных продуцентов этот показатель не превышает единицы.

102 Экология Наземные экосистемы играют особую роль в жизни челове­ ка, поскольку урожай в них можно получать на всех трофических уровнях, в отличие от водных сообществ, где используется только верхняя часть экологической пирамиды. Следовательно, особен­ ности двух типов экоеметем необходимо учитывать при эксплуата­ ции природных ресурсов.

Между крайними типами экоеметем существует множество переходных вариантов, тесно связанных друг с другом. Различные экосистемы взаимодействуют, образуя сложную структуру биосфе­ ры. Между экосистемами происходит обмен живыми организмами и их зачатками (личинками, спорами, семенами и т.п.). За счет подвижности воздуха и воды, перепадов (градиента) температу­ ры, диффузии газов происходит расселение растений, животных и микроорганизмов. Птицы и насекомые перемещаются во время се­ зонных перелетов, так же как другие животные во время кочевок.

Вещество перемещается в виде растворов, твердых и газооб­ разных частиц. Часто минеральные элементы сдуваются ветром и смываются водой с горных пород. Обмен энергией происходит как в виде тепла, так и в виде энергии химических связей (т.е. органи­ ческих соединений).

По отношению к межбиоценотическим связям можно выде­ лить три основные группы наземных экосистем: стабильные 1) сообщества, расположенные на равнинных междуречьях, в которых вынос веществ в другие экосистемы и получение их со стороны не­ значительно; 2) мало теряющие, но много получающие биоценозы, расположенные на низких уровнях рельефа, где накапливаются боль­ шие запасы органического вещества; много теряющие и мало 3) получающие экосистемы на крутых склонах. Так образуется цепь эко­ систем, перераспределяющая вещество и энергию в биосфере.

Интенсивная хозяйственная деятельность человека ведет к замене естественных экоеметем искусственно созданными, в пер­ вую очередь сельскохозяйственными, или агроценозами.

В агроценозах растительный покров создается человеком и представлен обычно одним видом или сортом культивируемого растения и сопутствующими сорняками. Как и в любой экосисте­ ме, в агроценозе существуют пищевые цепи. Комплексы организ­ мов, кроме культивируемого растения, в агроценозе формируют­ ся под влиянием естественного отбора. При этом человек, созда­ вая условия для возделываемого вида, жестко подавляет другие виды (т.е. его деятельность также становится дополнительным эко­ логическим фактором).

Раздел 1. Элементы общей экологии 103 Агроценоз не способен длительно существовать без вмеша­ тельства человека, не обладает саморегуляцией, и в то же самое время характеризуется высокой продуктивностью и позволяет со­ бирать большой урожай (значительно превосходящий таковой у естественных сообществ) одного или нескольких видов (сортов) растений либо пород животных.

С урожаем из почвы изымается большое число минеральных элементов, поэтому аграценазы нуждаются в восстановлении пло­ дородия путем внесения удобрений. В настоящий момент сельско­ хозяйственные угодья занимают огромные площади на нашей пла­ нете и аграценазы становятся все более важными регуляторами газового режима. Для охраны окружающей среды важна правиль­ ная организация сельскохозяйственных ландшафтов, обеспечива­ ющая максимальное усвоение растениями углекислого газа, веду­ щая к росту урожайности культурных растений.

Кроме агроценозов, искусственные экасистемы создаются для жизни и работы человека в космическом пространстве (а также в противоатомных убежищах). Для длительного поддержания суще­ ствования человека необходима замкнутая система жизнеобеспе­ чения, подобная биоценозу.

Примерный состав системы жизнеобеспечения, способной функционировать длительное время, таков: человек, автотрофные организмы, гетеротрофные организмы (для животной пищи чело­ века), звено минерализации и утилизации отходов. В настоящий момент идет экспериментальный поиск организмов, пригодных для создания искусственных экосистем. Пока в качестве автотро­ фов предполагают использовать тропические корнеплоды (батат и др.), а гетеротрофов- некоторых всеядных рыб, а также птиц.

С технической точки зрения искусственная экасистема долж­ на состоять из следующих компонентов: 1) звено регенерации воды и газовой среды (для поддержания состава кислорода в воздухе, удаления углекислого газа, а также токсичных веществ, обогаще­ ния и регенерации воды, выделяемой организмами, и санитарно­ 2) гигиенической воды); звено обеспечения пищей и синтеза пи­ 3) щевых продуктов; звено удаления и утилизации отходов жизне­ деятельности (сбор отходов, их переработка, очищение от запа­ 4) хов); устройства конденсирования влаги из газовой среды;

5) санитарно-гигиенические устройства.

К настоящему времени не удалось создать искусственную эко­ еистему, способную обеспечить жизнь человека в течение длительЭкология ного времени. Таким образом, космические полеты к другим пла­ нетам и звездным системам пока невозможны.

Экология популяций 3.4.

Решающие биотические элементы естественных экасистем не отдельные организмы, а популяции. Каждый биологический вид представляет собой сложную экологическую систему систему популяций. Разные части ареала (т.е. районов обитания вида) от­ личаются друг от друга не только географически, но и по составу группировок внутри вида. Каждая группировка имеет свои генети­ ческие, морфологические и физиологические особенности. Такие группировки и называются популяциями. Популяция группиров­ ка особей одного вида с общим генофондом, сходной.морфологией и единым жизненным циклом.

Популяции это особый уровень организации живого, харак­ теризующийся рядом групповых свойств, которые отсутствуют у особей, составляющих популяцию. Популяция "обладает всеми не­ обходимыми внешними и внутренними условиями для самостоя­ тельного существования и поддержания вида в течение длительного

–  –  –

Каждая популяция характеризуется определенными показа­ телями.

Во-первых, это плотность популяции, т.е. число особей на еди­ ницу площади или объема. Плотность популяции колеблется с тече­ нием времени. Она определяется потоком вещества и энергии, про­ ходящим через популяцию, что влияет на продуктивность трофи­ ческого уровня и интенсивность метаболизма (обмена веществ). Мак­ симальный и минимальный пределы плотности четко не выражены.

Во-вторых, возрастная структура популяции - количествен­ ное соотношение особей разного возраста. Возрастная структура определяет способность популяции к размножению. Представлена поколениями-генерациями (особями, появившимися в одно вре­ мя). Отдельные генерации являются потомками предьщущих поко­ лений. Разница в возрасте (сроках рождения) определяется дли­ тельностью репродуктивного периода.

Различают три основных типа возрастной структуры: ста­ 1) бильная популяция, где число особей разных возрастов равномерРаздел 1. Элементы общей экологии 105 но меняется и носит характер нормального распределения (в каче­ стве примера можно назвать население стран Западной Европы);

2) возрастающая популяция, в которой преобладают молодые осо­ би, такая популяция растет в числе или внедряется в экоеистему (например, страны "третьего" мира); уменьшающаяся (или от­ 3) мирающая) популяция, в которой преобладают особи старших возрастов (в качестве примера-Россия 90-х годов :ХХ века В каж­ дой популяции есть стремление сохранять стабильную структуру, обеспечивающую максимальное участие в размножении половоз­ релых особей.

Возрастная структура очень важная характеристика попу­ ляции, тесно связанная с понятиями рождаемости (темпом, с которым новые особи появляются в популяции в результате раз­ множения) и смертности (скорости, с которой особи исчезают из популяции в результате смерти).

Третья важная характеристика популяции половая структу­ ра соотношение мужских и женских особей, также влияет на размножение и рождаемость. Неравномерное отмирание особей одного пола или, наоборот, их появление в большом количестве в репродуктивный период приводит к изменению других характери­ стик популяции. При недостатке одного из полов иногда включа­ ются механизмы регуляции полового состава. Морфологические и физиологические различия полов определяют их разную роль в экосистемах.

–  –  –

особи обитают группами (например, стаи у птиц). Группы, в свою очередь, сами могут распределяться случайно, равномерно или сно­ ва группами. Следует отметить, что в большинстве случаев живые организмы проявляют ту или иную степень скучивания особей.

Значительную роль в использовании пространства играет об­ разование внутрипопуляционных групп и формирование стереоЭкология типньiХ отношений между особями, своего рода "социальная" орга­ низация популяций. Главная цель такой организации обеспе­ чить устойчивое размножение и равномерную смену поколений.

Вьщеляют два способа "социального" распределения особей:

1) семейный (одиночный), когда на одном участке обитает семья (прайд львов) или отдельная особь, при этом границы участка метятся, что гарантирует использование ресурсов (в первую оче­ редь пищевых) всеми членами семьи, предотвращает перенаселе­ ние, однако границы проницаемы (или отсутствуют) в период раз­ 2) множения; групповое размещение, при котором организмы способны изменять внешнюю среду в благоприятном для себя на­ правлении (например, пчелы).

В объединениях организмов часто наблюдается так называе­ мый эффект группы, когда увеличиваются жизненные перспекти­ вы особи, пребывающей в составе группы. Например, ускоренный рост тлей, объединенных в группировки высокой плотности.

Механизмы поддержания пространствеиного распределения особей в популяции могут быть самыми разнообразными. У низ­ ших организмов широко распространено влияние друг на друга с помощью химических веществ (фитонцидов у лука и чеснока и т.п.), вьщеляемых организмом (аллелопатия), а также косвенное воздействие (например, затенение более быстро растущими дере­ вьями особей своего же вида). У высоко организованных живот­ ных регуляция пространствеиной структуры популяций осуществ­ ляется за счет высшей нервной деятельности, регулирующей по­ ведение, размножение и другие жизненные процессы организма.

Популяция явление чрезвычайно динамичное, и ее плот­ ность, величина и другие параметры изменяются с определенной скоростью. Плотность популяции определяется внутренними фак­ торами рождаемостью и смертностью, а на них, в свою очередь

–  –  –

Максимально возможная рождаемость реализуется только в идеальных условиях (например, в лаборатории или прИ заселении Раздел 1. Элементы общей экологии 107 ранее свободного места обитания). Сопротивление среды (нехват­ ка пищи, мест для обитания и размножения, неблагаприятная погода и т.п.) сводит идеальную роЖдаемость к экологической (реальной).

То же, но с обратным знаком справедливо и для смертности (N ).

Общая смертность- это число особей, погибающих в едини­ цу твремени, а удельная смертность получится, если эту величину отнести к численности популяции:

–  –  –

(кривая имеет вогнутую форму). Чтобы выжить, виды должны повы­ шать рождаемость (плодовитость). Те же устрицы или паразитячее­ кие черви производят миллионы яиц, чтобы поддерживать свое существование. Большинство видов, особенно на низших трофичес­ ких уровнях, придерживается именно этой жизненной стратегии.

По мере роста популяции возрастает сопротивление среды, емкость которой по количеству пищи не безгранична. Приспосаб­ ливаясь к изменениям емкости среды, плотность популяции тоже изменяется. При росте популяция, имея определенную инертность, не может остановиться в некоей точке, ограниченной емкостью среды, и продолжает свой рост в неблаюприятных условиях. Кро­ ме того, действие многих внешних факторов на популяцию замед­ лено. По этим причинам плотность популяции в условиях высокой сопротивляемости среды сначала может перерасти потенциальную емкость среды, а затем либо резко упасть, либQ постепенно сни­ зиться до уровня этой емкости. На изменения плотности популя­ ции накладываются флуктуации, возникающие вследствие изме­ нений эффективности противодействующих факторов (врагов, паразитов, болезней, климата и т.п.). В итоге колебания плотности популяций в реальных условиях имеют синусоидальный характер (так называемые волны жизни).

Если сопротивление среды будет длительное время (в течение ряда поколений) понижено, например, в результате благоприятных погодных и кормовых условий, рост плотности может носить экспо­ ненциальный характер, что приводит к массовым вспышкам чис­ ленности (так называемым пикам численности), после которых на­ ступает резкий спад (крах). Такие резкие колебания численности свой­ ственны некоторым насекомым и грызунам (полевкам, леммингам).

Вспышки численности могут сопровождаться миграциями. Напри­ мер, перелетные виды саранчи, многие копытные и др.

Динамика численности природных популяций определяется как внешними (абиотическими, в первую очередь климатически­ ми, и антропогенными) факторами, не зависящими от плотности популяции, так и внутренними, биотическими факторами (внут­ ривидовой и межвидовой конкуренцией за жизненно важные ре­ сурсы, прессом хищников и паразитов и т.д.), зависящими от плотЭкология ности. Влияние внутренних факторов усиливается по мере прибли­ жения к пределу емкости среды.

При действии внешних факторов для плотности популяции характерны резкие колебания численности. Массовое размноже­ ние при благоприятных условиях и снижение количества особей при неблагаприятных условиях не зависит от того, высокой или низкой бьша исходная плотность, поскольку внешние факторы не регулируются на уровне отдельного организма.

Биотические факторы, в отличие от внешних, направлены на то, чтобы привести плотность популяции в соответствие с су­ ществующей в данный момент емкостью среды. Для этого выраба­ тываются сложные физиологические и поведенческие (у живот­ ных) механизмы, а иногда перестраивается и генетическая струк­ тура популяции. Например, у грызунов при резком увеличении плот­ ности увеличивается эмбриональная смертность, что приводит к уменьшению рождаемости, или наблюдается каннибализм (по от­ ношению к детенышам). У слонов увеличивается возраст достиже­ ния половой зрелости, а также интервал между появлениями де­ тенышей у одной самки (с 4 до 6-7 лет).

При высокой численности увеличивается частота контактов между особями, что приводит их в состояние дистресса (или шоко­ вой болезни). Кроме того, в "плотной" популяции быстрее рас­ пространяются инфекционные болезни, что приводит к сниже­ нию жизнеспособности и зачастую к массовой гибели особей.

Уменьшение числа мест, пригодных для обитания, ведет к выселе­ нию значительного числа животных в менее населенные районы.

При увеличении плотности популяции резко возрастает влияние на нее Paramaecium хищников и паразитов. Взаимоотноше­ А (жертва) ния "хищник-жертва" (см. рис. 3.6), _ Didinium "паразит-хозяин", или в более общем ',(хищник)...

–  –  –

ние жертвы и т.д. Эта кибернетическая система с отрицательной обратной связью приводит к устойчивому равновесию. "Волны жиз­ ни" (изменений численности хищника и жертвы) следуют друг за другом с постоянным сдвигом по фазе, и в среднем численность как хищника, так и жертвы остается примерно на одном уровне.

Длительность периода зависит от скоростей роста обоих видов и от исходных параметров. Для популяции жертвы влияние хищника по­ ложительно, так как ее чрезмерное размножение привело бы к кра­ ху ее численности. В свою очередь, все механизмы, препятствующие полному истреблению жертвы, способствуют сохранению пищевой базы хищника.

Биотическая регуляция плотности популяции происходит после исчерпания некоторых факторов среды (корма, мест для обитания и размножения и т.д.). Однако механизмы регуляции не ограничиваются популяционными ·рамками, а определяются во многом взаимодействием популяций в экосистеме.

Каждый вид формирует свою зону жизнедеятельности в про­ цессе эволюции, выбирает оптимальные условия существования по различным параметрам, чтобы занять определенное положение в экосистеме. Места обитания вида, т.е. физическое пространство, занимаемое видом, организмом или сообществом, можно обозна­ чить как простронетвенную нишу. Функциональное положение в сообществе, в путях переработки вещества и энергии в процессе питания называют трофической нишей. А сочетание этих и других параметров принято называть экологической нишей.

Экологическая ниша это совокупность всех факторов сре­ ды, в пределах которых возможно существование вида в природе.

Экологическую нишу можно представить как часть воображаемого многомерного пространства (гиперобъема), отдельные измерения которого соответствуют факторам, необходимым для вида. Чем больше варьирует параметр (т.е. приспособленность вида к опреде­ ленному экологическому фактору), тем шире экологическая ниша (она увеличивается и в случае ослабленной конкуренции).

112 Экология В природе встречаются как узко, так и широко специализи­ рованные виды. Например, одни насекомые могут питаться мно­ гими видами растений, а другие только определенными частями одного вида. Специализированные виды более эффективно исполь­ зуют свои ресурсы, но только в том случае, когда ресурс находит­ ся в неограниченном количестве. С другой стороны, они сильнее подвержены неблагаприятному воздействию экологических фак­ торов. Виды, экологическая ниша которых широка, лучше при­ спосабливаются к изменениям среды, хотя могут встречаться даже в небольших количествах.

По взаимному расположению ниши подразделяются на три типа: не соприкасающиеся экологические ниши; соприка­ 1) 2) сающиеся, но не перекрывающиеся ниши; соприкасающиеся 3) и перекрывающиеся ниши. В последнем случае вследствие жесткой конкуренции должно последовать расхождение ниш. Этот меха­ низм носит название принципа Гаузе принципа соревнования­ исключения. Этот принцип приводит либо к экологическому разде­ лению близких видов, либо к уменьшению их плотности там, где они в состоянии сосуществовать, т.е. два вида не могут занимать одну экологическую нишу. В результате конкуренции происходит вытеснение одного из видов.

Организмы, занимающие несоприкасающиеся экологические ниши (в разных географических областях), называются экологи­ ческими эквивалентами.

К ним относится питающиеся травой кен­ гуру в Австралии, бизоны в прериях Северной Америки, антило­ пы в саваннах Африки и т.п.; они занимают одну экологическую нишу. В некоторых случаях один и тот же вид занимает разные экологические ниши в различных местах обитания или географи­ ческих районах. Например, медведь в тайге является конеументом третьего порядка (всеядным животным), а в лесах Малайзии- он консумент первого порядка, т.е. травоядное животное.

В каждой экосистеме, по разным причинам, могут быть сво­ бодные экологические ниши, позволяющиеся внедряться в сооб­ щество новым видам. Так было со случайно завезенным колорадс­ ким жуком и самостоятельно расселившейся кольчатой горлицей, заселившими большую часть Евразии.

В современной биологии популяция рассматривается как эле­ ментарная единица процесса эволюции. Именно в популяции по­ являются новые адаптации, т.е. системы признаков, с помощью которых достигается соответствие между организмом и его обра­ зом жизни. Все адаптации имеют экологическую приуроченность к Раздел 1. Элементы общей экологии 11 3 определенным условиям среды и формируются на протяжении всех стадий жизненного цикла особей вида в результате действия есте­ ственного отбора. Таким образом, можно сказать, что адаптации отдельной популяции и вида в целом развиваются в процессе ос­ воения экологической ниши.

Иногда наблюдаются так называемые сверхадаптации, превы­ шающие биологически необходимый уровень и практически не тре­ бующиеся в естественных условиях. Например, мелкие млекопитаю­ щие сохраняют способность жить и размножаться после получения дозы радиации, превышающей 1000 рентген (смертельная доза об­ лучения для человека 250 рентген), а пресмыкающиеся- 10000 рен­ тген (с такими условиями они никогда не встречались в природе).

Экологические представления об эволюционных процессах в популяциях, названных Н. В. Тимофеевым-Ресовеким микроэво­ люцией, во многом разработаны уральской школой экологов под руководством С. С. Шварца. Согласно этим Представлениям микро­ 1) эволюционный процесс проходит следующие стадии: возник­ новение морфологических изменений в популяции при адаптации

2) накопление вслед за этим к конкретным условиям обитания;

3) биохимические изменения в орга­ физиологических изменений;

низме и, соответственно, изменения генетической информации;

4) 5) образование новых подвидов; образование новых видов.

Скорость, с которой генетические изменения распространя­ ются в популяции, зависит от ее величины. В неболъших популя­ циях перестройка генетического кода происходит скорее. С другой стороны, меньшие популяции (например, на островах) облада­ ют, как правило, меньшим генетическим разнообразием и потому легче вымирают при изменении условий.

В настоящее время процессы микроэволюции наиболее ин­ тенсивно протекают под влиянием антропогенных факторов. Со­ гласно современным сведениям достаточно всего поколений у грызунов, обитающих в зоне промышленного загрязнения, чтобы в их популяции возникли адаптации к новым экологическим фак­ торам, закрепленные на генетическом уровне.

Видовое разнообразие является одной из важнейших ха рак­ теристик экосистемы. Весьма типичной и постоянной чертой со­ обществ является сравнительно малое число видов, представлен­ ных большим числом особей или большой биомассой (виды-до­ минанты), и большое число видов, встречающихся редко. Из-за этого природные экасистемы состоят из огромного числа видов.

Существование небольшого числа видов-доминантов с многими 114 Экология редкими видами встречается как на одном трофическом уровне (продуценты, консументы и т.д.), так и в отдельных системати­ ческих группах (например, цветковые растения или насекомые).

В чем же значение существования многих редких видов в эка­ системе? В настоящее время принято считать, что чем большее число видов составляет экосистему, тем выше возможности адап­ тации сообщества к меняющимся условиям существования (на­ пример, кратковременным или длительным изменениям климата, а также других факторов). В ходе эволюционного развития экасис­ тем многократно происходила смена доминирующих видов. Зачас­ тую наиболее часто встречающиеся виды оказывались неспособ­ ными вьщержать изменения действия того или иного экологичес­ кого фактора, а редкие виды оказывались более стойкими и полу­ чали преимущества (например, вымирание крупных пресмыкаю­ щихся и развитие млекопитающих в конце мелового периода). Про­ дуктивность экосистемы, таким qбразом, сохраняется и даже уве­ личивается.

Таким образом, преимущества видового разнообразия эка­ системы заключается в повышенной стабильности, т.е. выживае­ мости сообщества. Можно утверЖдать, что чем больше генетичес­ кое разнообразие (генофонд), тем выше адаптационный потенци­ ал экосистемы.

Сохранение видового разнообразия организмов, которое со­ здалось в процессе длительной эволюции биосферы, является пер­ воочередной задачей всех мероприятий по охране природы. Разнооб­ разие жизненных форм должно считаться национальным и интер­ национальным сокровищем, обязательным условием сохранения экасистем и обеспечения дальнейшего существования человека.

3.5. Изменчивость и стабильность экоеметем

–  –  –

Последовательная смена во времени одних экасистем (био­ ценозов в первую очередь) другими на определенном участке зем­ ной поверхности называется сукцессией.

Раздел 1. Элементы общей экологии 115 Сукцессии подразделяют на первичные и вторичные.

Первич­ ные сукцессии развиваются на лишенном жизни месте, где усло­ вия существования поначалу не являются благоприятными. Вто­ ричные сукцессии происходят на участке, в предшествующее вре­ мя уже занятом хорошо развитым сообществом (под влиянием внутренних факторов жизнедеятельности организмов), или ос­ вободившемся после разрушения сообщества под воздействием внешних причин (стихийных бедствий- пожаров, наводнений и т.п., или в результате деятельности человека).

Примером первичной сукцессии является зарастание песча­ ных дюн или лавовых потоков. Сначала на голых дюнах появляют­ ся злаки (растения-пионеры), вслед за злаками кустарники (ив­ няк, ольшаник), затем сосна, а после этого лиственные породы деревьев. Вместе с первыми растениями появляются и первые на­ секомые (например, кузнечики, как растительноядные) и пауки (как хищники). Потом к первым поселенцам прибавляются мура­ вьи, жуки, бабочки и т.д. Вслед за насекомыми появляются птицы и мелкие млекопитающие, а затем и крупные животные. Развитие, начавшееся в сухом и бесплодном местообитании, заканчивается образованием стабильной лесной экосистемы с мощной, богатой гумусом почвой, с дождевыми червями и моллюсками, разнооб­ разным животным миром. Главную роль в развитии экосистемы играют растения. Вызываемые ими изменения в почве служат ос­ новой для смены видового состава сообщества.

Примером вторичной сукцессии под влиянием внутренних факторов может служить процесс зарастания озера. Под воздей­ ствием жизнедеятельности населяющих его организмов озеро мед­ ленно наполняется мертвым органическим веществом. Кроме того, в озеро могут поступать осадочные материалы. Постепенно в озере уменьшается глубина, и в конце концов оно превращается в боло­ то (верховое или низовое в зависимости от расположения), а затем и в сушу. Скорость процесса зарастания зависит от началь­ ной глубины озера (если озеро глубокое, то зарастание может длить­ ся миллионы лет).

Сукцессию можно наблюдать и на городских улицах. Мхи, лишайники и сорняки заселяют трещины на тротуарах. Там, где скапливаются опавшие листья и пьшь, произрастают крупные расте­

–  –  –

Отдельные стадии развития суксцесии принято называть се­ рийными стадиями (или серийными экосистемами), а состояние окончательного равновесия (гомеостаза сообщества) климаксом.

Климаксавое сообщество это первобытное, не тронутое челове­ ком, девственное сообщество, сделавшее себя максимально неза­ висимым от среды.

–  –  –

Климаксавые экасистемы относительно стабильны, облада­ ют способностями к саморегулированию в течение длительного времени (по сравнению с начальной стадией). С эволюционной точки зрения достижение стабильности важнее, чем просто повы­ шение продуктивности в изменчивых условиях существования. В свою очередь, климаксавые экасистемы могут подвергаться про­ цессам биологического саморазрушения (то, что применительно к отдельному организму называется старением). Изменение условий, развитие новых живых существ и формирование новых взаимосвя­ зей между ними, помимо действия абиотических и антропогенных факторов, могут приводить к отмиранию климаксов. На смену им приходят более молодые и, возможно, совсем иные по составу сообщества.

Сукцессии экосистем, как и эволюция живого на всех уров­ нях, направлены на обеспечение дальнейшего существования, или, как уже отмечалось, на достижение гомеостаза. Очевидно, что ста­ бильность подвижного равновесия при меняющихся условиях сре­ ды легче всего достигается в том случае, если экосистема состоит Раздел 1. Элементы общей экологии 117 из максимально возможного числа компонентов. Тогда экологи­ ческие возможности разных видов могут так дополнять друг дру­ га, что различные воздействия, как внешние (особенно измене­ ния абиотических факторов, к которым невозможно приспосо­ биться), так и внутренние (например, чрезмерные скорости раз­ множения некоторых организмов), будут сглаживаться. В экстре­ мальных условиях обитания (при нехватке тепла, влаги, пищи) это не вполне осуществимо, поскольку жить здесь могут лишь немногие специализированные организмы. Эти немногочислен­ ные доминантные виды могли бы ввиду отсутствия межвидовой конкуренции создать большие популяции, но им угрожают эко­ логические факторы, не зависящие от плотности (в таких услови­ ях находятся плотные стаи рыб в холодных морях). Напротив, в оптимальных и разнообразных условиях (тропический дождевой лес, мелководье теплых морей) имеется множество экологичес­ ких ниш. Обитатели этих ниш, тесно связанные между собой, могут, правда, создавать лишь небольшие популяции, однако тон­ кая дифференциация их жизненных форм содействует стабилизи­ рующей регуляции всей системы, и в результате любые "помехи" всегда сглаживаются.

Устойчивость стационарных состояний экосистем (т.е. сохра­ нение постоянства внутренних характеристик на фоне нестабиль­ ной или изменяющейся внешней среды), а также способность их к переходу из одного состояния в другое (путем сукцессии) обеспе­ чиваются многообразными механизмами саморегуляции, в основе которых лежит принцип обратной связи, отрицательной или по­ ложительной. В большинстве случаев гомеостатическое состояние оказывается автоколебательным, т.е. таким, в котором значения показателей колеблются во времени с постоянной амплитудой около положения равновесия. Такие явления свойственны наибо­ лее устойчивым системам.

Устойчивость экосистем является также результатом длитель­ ной адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. Скорость изменений в природных, ненарушенных экоенетемах по сравнению с жизнью человека очень мала, поэто­ му только под влиянием деятельности человека возможно увели­ чение скорости естественных эволюционных процессов. Развитие человеческой цивилизации идет значительно быстрее, чем проис­ ходят изменения в экосистемах, и живые существа вынуждены

–  –  –

Как классифицируются экасистемы?

5.

б. Каково видовое разнообразие и его значение в экасистемах?

В чем заключаются принципы функционирования экасистем?

Z Понятие о популяции. Как охарактеризовать популяции, их структуру 8.

(возрастную, половую) и пространственное размещение особей?

Как оценивается рост популяции и объясняются колебания плотности 9.

популяции и механизмы их регуляции (система ''хищник-жертва'??

Как определить экологическую нишу? Сформулируйте и обоснуйте прин­ 10.

цип Гаузе.

Что такое сукцессии? Дайте их характеристики.

11.

Раздел ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И АНТРОПОГЕННОЕ

2.

ИЗМЕНЕНИЕ БИОСФЕРЫ

–  –  –

Экология человека как наука 4.1.

Экология человека- это комплексная наука, изучающая вза­ имодействие человека как биосоциального существа со сложным многокомпонентным окружающим миром, с постоянно усложня­

–  –  –

сохранения и развития здоровья людей, совершенствования фи­ зических и психических возможностей человека.

Экология человека, с одной стороны, представляет собой один из специальных разделов, подобно экологии растений, животных или любого конкретного биологического вида. Но, с другой сторо­ ны, она сильно отличается от других разделов благодаря уникаль­ ности человеческого вида, проявляющейся в его биологии, гео­ графии, характере деятельности. Это и сложная популяционная и демографическая структура, и специфическое расселение вида по территории планеты, сопровождаемое образованием генетических барьеров географического, лингвистического, культурного, этни­ ческого, социального характера.

Объектом изучения экологии человека является некоторая система, общность людей (профессиональная, возрастная, этни­ ческая и т.д.). Эта общность характеризуется определенным уров­ нем культуры, образования, профессиональных навыков и здоро­ вья, имеет определенную демографическую структуру. Общность людей взаимодействует с населением, частью которого она явля­ ется, с природными, производственными и социальными факто­ рами, она определенным образом, в зависимости от уровня свое­ го развития, влияет на окружающую среду, изменяя и загрязняя ее, а затем, в свою очередь, сама оказывается под влиянием этих

–  –  –

Все внешние элементы, влияющие на общность людей, вза­ имодействуют между собой, образуя сложную систему. Изменения отдельных элементов и всей совокупности факторов ведут к изме­ нению основных свойств общности уровня здоровья, культуры, образования, экологического сознания и т.д. Эти изменения могут быть как положительными, так и отрицательными и зависят от конкретной ситуации.

Важнейшей задачей экологии человека является раскрытие закономерностей целевого освоения и преобразования географи­ ческих ландшафтов под воздействием социальной деятельности человека. Масштабы влияния человека на природу настолько воз­ росли, что при любом воздействии нужно заранее знать, к каким изменениям оно может привести в природе и в самом человеке, определи,ть динамику развития процессов их взаимодействия. Це­ ленаправленное управление процессами взаимодействия природы и человека осуществляется, с одной стороны, путем мер по уп­ равлению природой, а с другой управлением развития народо­ населения, что также является предметом изучения данной науки.

Одной из следующих задач экологии человека является разработка прогнозов возможных изменений в характеристиках здоровья че­ ловека (популяции) под влиянием изменений внешней среды и разработка соответствующих систем жизнеобеспечения.

Современная экология человека должна активно влиять на политику в области охраны окружающей среды и улучшения здо­ ровья населения. Для нашей страны, как и для других стран, необ­ ходимо решать следующие задачи: создание комфортной, здоро­ вой, экологически чистой и безопасной среды обитания человека, чтобы достигнуть для всего населения страны состояния полного физического, психологического и социального благополучия, рез­ кого уменьшения смертности (особенно детской), увеличения сред­ ней продолжительности жизни, уменьшения заболеваемости и травматизма.

–  –  –

точные копии предков человека. Просто у человека с этими обезь­ янами имелись общие предки, ученые назвали их дриопитеками (древесными обезьянами), так как они еще обитали на деревьях.

Во времена жизни дриопитеков климат планеты претерпел силь­ ные изменения: тропические джунгли сменились пространствами, лишенными лесов. Возможно, это обстоятельство сказалось на жиз­ ни дриопитеков и заставило их перейти к наземному образу суще­ ствования.

–  –  –

Одним из наиболее важных вопросов является вопрос о пра­ родине человечества. Современные данные палеонтологических ис­ следований подтверждают точку зрения Дарвина об африканском происхождении человека. За последнее столетие бьmо найдено не­ мало останков австралопитеков- первого из представителей гоми­ ноидов- в Южной и Восточной Африке. Австралопитеки существова­ ли в интервале времени от нескольких миллионов до миллиона лет тому назад, бьmи в значительной степени хищниками, охотились на различных животных, применяя для этой цели простейшие ору­ дия. Таким образом, употребление животной пищи, характерное для современного человека, имеет древнее происхождение.

Первым достижением австралопитеков стало прямохождение, о чем свидетельствует строение его тазовых костей. Это привело к резкому изменению взаимосвязей между органами, конфигурации позвоночника. Преимущества этого способа передвижения выс­ вобождение двух передних конечностей, рук. Теперь в них можно бьmо держать камни, палки, другие орудия. Австралопитеки, судя по всему, еще не обрабатывали своих орудий, а использовали для этой цели то, что находили.

Со времени Ч. Дарвина бьmо принято считать, что толчком к началу прямохождения бьmо изменение климата (похолодание) и условий среды обитания (отступление лесов, распространение са­ ванн). Однако сейчас установлено, что на этот путь стала только одна из нескольких сотен предковых форм, одновременно суще­ ствовавших в тех условиях. Остальные виды оказались обреченны­ ми на вымирание. Очевидно, ухудшение условий жизни лишь уси­ лило действие естественного отбора, но не могло служить перво­ причиной.

При изучении природных условий, сложившихся на террито­ 5-20 млн.

рии прародины человечества лет назад, бьmи обнаруже­ ны уникальные явления. Землетрясения, сдвиги земной коры, из­ вержения вулканов привели к выходу на поверхность Земли ура­ новых руд (в частности, на территории современных Эфиопии, Кении, Танзании, где с севера на юг проходит грандиозный раз­ лом земной коры Великий Африканский рифт). Это привело к увеличению естественной радиоактивности на большой террито­ рии. Все это могло явиться одной из причин возникновения мута­ ций приведших к появлению первых прямоходящих обезьян. Затем эти мутации бьmи закреплены действием естественного отбора.

Вторым достижением австралопитеков стала утрата шерсти.

Предки человека обладали вдвое-втрое большей активностью, чем Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 123 другие животные равного размера. Более интенсивное энерговыде­ ление привело к постоянному перегреву организма, так как шерсть в сухой и жаркой саванне значительно затрудняла охлаждение орга­ низма. Это и вызвало потерю волосяного покрова.

Следующими в эволюционной лестнице приматов были пер­ вые представители рода Homo - гоминиды. Они появились около миллионов лет назад. Это человек умелый и 2-2,5 (Homo habilis) человек выпрямленный (Homo erectus) или питекантроп. Эти "пер­ вые люди" уже создавали примитивные орудия труда. Одеждой их служили шкуры убитых животных. Правая рука была более разви­ та, чем левая. Вероятно, они владели примитивной членораздель­ ной речью. Этот период бьm первым периодом материальной куль­ туры человечества палеолитом.

Большое значение для эволюции вида Homo имело измене­ ние климата. Эти изменения бьmи следствием похолодания в вы­ соких широтах. Изменилась система атмосферной циркуляции, в тропиках резко уменьшилось количество выпадающих осадков, в результате чего тропические леса в ряде областей сменились са­ ваннами и полупустынями. Воздействие природного окружения и необходимость усложнения деятельности привели к появлению 250 тысяч лет назад древней разновидности разумного чело­ около века- неандертальца (Homo sapiens neandertalensis). Он бьm грубо сложен, имел низкий лоб и скошенный подбородок. Но он имел более развитый головной мозг, чем их предшественники питекан­ тропы, которые в конце концов вымерли. Решающим толчком в их развитии бьmи периодически возникающие оледенения четвертич­ ного периода развития Земли. Они чередовались с относительно теплыми периодами межледниковья. Неандертальцы вынуждены бьmи приспосабливаться к суровым климатическим условиям. Они носили одежду из шкур, строили примитивные жилища или жили в пещерах, охотились на крупных зверей, а около тысяч лет назад научились добывать огонь. О высоком уровне развития куль­ туры неандертальцев можно судить по тому, что орудия, найден­ ные при раскопках в разных областях Земли, не являлись одинако­ выми, как прежде. Начинала складываться одна из особенностей культуры человечества ее разнообразие. В это же время появи­ лись физические отличия обитателей разных областей Земли, ста­ ли формироваться расы.

Сейчас еще не совсем ясно, как происходила смена неандер­ тальца человеком разумным. Известно, что он появился довольно внезапно в Европе, Юго- Восточной Азии и Африке. В Палестине 124 Экология найдены скелеты неандертальцев, более развитых по сравнению с другими своими сородичами, обладавших признаками совре­ менного человека: руки стали менее мощными, лоб - более высо­ ким, появился подбородочный выступ. Этот тип назвали Homo sapiens sapiens (человек дважды разумный по сравнению с неан­ дертальцами).

По мнению некоторых антропологов, первым представите­ лем Homo sapiens sapiens бьmа женщина, жившая в Западной Аф­ рике около 200 тысяч лет назад. Оттуда представители этой ветви распространились на Ближний Восток, где встретились с неандер­ тальцами. Последние, не вьщержав конкуренции с более прогрес­ сивным видом, вымерли 25 тысяч лет назад.

В эту эпоху люди заселили все континенты, кроме Антаркти­ ды. По возникшим ледяным мостам тысяч лет назад они про­ никли в Австралию, тысяч лет назад бьmа заселена Амери­ 40-10 ка, территория Восточно-Европейской равнины бьmа заселена 30

-24 тысячи лет назад.

Последствия расселения человечества по всей суше нашей планеты и обживания самых разнообразных экологических ниш выявляются, в первую очередь, в сфере биологии человека. Адапта­ ция к географическим условиям различных экологических ниш при­ вела к расширению комплекса признаков современного человека.

Каждый из адаптивных типов человека соответствует какому-либо географическому поясу арктическому, умеренному, континен­ тальному или высокогорному. Эти типы включают в себя комплекс генетических приспособлений к различным условиям этого пояса.

Но расселение человека по земной поверхности имело ог­ ромное значение не только для формирования биологии челове­ ка, а и для развития его культуры. Заселение новых районов стал­ кивало древнейших людей с новыми видами живых организмов, стимулировало поиск совершенных методов охоты, расширяло перечень съедобных растений, знакомило с новыми породами ка­ менного материала и заставляло изобретать новые способы его обработки. Культура человечества в ходе расселения перестала раз­ виваться единым потоком. Внутри ее стали формироваться отдель­ ные направления, отражающие условия существования человечес­ ких сообществ в разных климатических поясах и развивающиеся с разной скоростью.

Освоение новых климатических ниш бьmо невозможно без наблюдения за ходом природных процессов и явлений, без знания привычек животных и сведений о растениях. Запас знаний, котоРаздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы рые приобретало человечество в ходе расселения по земной повер­ хности, сыграл значительную роль в формировании производя­ щего хозяйства и переходе к цивилизации.

На этом этапе эволюции человека стали формироваться расы.

Внешне представители различных рас отличаются очень сильно, но генетическая основа различий невелика. Это доказывает, что все расы относятся к одному виду - Человеку разумному. Вце­ шние же признаки формиравались под влиянием условий, в кото­ рых обитали отдельные человеческие популяции, эти признаки закреплялись естественным отбором и передавались по наследству.

Важным фактором дальнейшего развития человека явилось резкое увеличение объема головного мозга. Причиной этого, веро­ ятно, служило несоответствие технических средств, которыми рас­ полагали предки человека, тем задачам, которые им приходилось решать. По мнению Будыко, чем менее совершенными орудиями охоты и труда располагали предки человека, тем в большей степе­ ни они должны были восполнять эти недостатки более высоким уровнем умственной деятельности, позволявшим побеждать при столкновении с крупными животными.

Постепенно проrрессив­ ные изменения в развитии головного мозга закреплялись путем естественного отбора. Следовательно, возникновение современного человека могло произойти в тех экологических условиях, которые предъявляли более высокие требования к его умственной деятель­ ности. Аналогично и проrресс материальной культуры вида Homo sapiens sapiens в дальнейшем происходил более интенсивно в тех районах, где природные условия не обеспечивали необходимого количества растительной пищи и требовали продолжения охоты на крупных животных.

Если же добывание пищи было обеспечено наличием съедоб­ ных растений или легкодоступных животных (как, например, при заселении Австралии), то развитие культуры существенно замед­ лялось. Отсюда бощ.шая пространствеиная и временная неравно­ мерность культурного развития первобытного человека в различ­ ных регионах нашей планеты, о чем свидетельствуют археологи­ ческие находки. Необычные природные условия, невиданные зве­ ри, мясной рацион стимулировали умственную деятельность, зас­ тавляя отказаться от привычного автоматического животного по­

–  –  –

Генетическое и культурное наследие человека 4.3.

В процессе эволюции живых организмов происходили карди­ нальные изменения, приводившие к возникновению видов, прин­ ципиально отличающихся от всех предыдущих. Так постепенно про­ изошло возникновение многоклеточных организмов, позвоночных животных, животных с постоянной температурой тела и т.д. Воз­ никновение человека также связано с формированием определен­ ного генотипа.

Человек элемент биосферы. Человек подобен во многом всем другим живым существам. У человека, как и у любых других живых существ, информация о всех свойствах и особенностях орга­ низма передается по единому механизму, обусловленному двой­ ной спиралью дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Одна и та же аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) является главным пе­ реносчиком энергии в клетках, генетическое кодирование у чело­ века, так же как и у полипов и птиц, рыб и пресмыкающихся, осуществляется с помощью четырех азотистых оснований: адени­ на, гуанина, тимина и цитозина.

В строении нервной ткани и сердечно-сосудистой системы, печени, почек, мускулов и костей, в мельчайших деталях строе­ ния клеток, во всем сложнейшем.механизме жизни человек не отличается в принципе от всех других живых существ.

Поведение человека во многом подобно поведению живот­ ных. Не столь уж велика разница между условными рефлексами у животных и воздействием ценностных установок и стереотипов на поведение людей. Человек - общественное существо, но суще­ ствует много аналогий между поведением групп людей и групп общественных животных: возникновение сложной иерархии в кол­ лективе, выделение неформального актива лидеров.

И наконец, численность популяций людей в принципе под­ чиняется тем же закономерностям, что и численность иных попу­ ляций, и определяется соотношением биологического потенциала и сопротивления среды.

Итак, человек имеет огромное сходство с другими предста­ вителями живого мира, особенно с отрядом приматов. В чем же основные отличия человека от других живых организмов?

Имеются три основные черты, присущие только человеку:

исключительная полиморфность при единообразии генетического материала, накопление и передача индивидуального опыта послеРаздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 127 дующим поколениям (культурное наследие), способность к кон­ структивной коллективной деятельности.

Все живые организмы, в том числе и человек, предпочитают жить группами (популяциями), которые характеризуются генети­ ческим родством. Однако современное человеческое общество за счет миграционных процессов, разрушения социальных и природ­ ных барьеров между популяциями приобретает исключительный полиморфизм. В настояшее время у человека известно более 100 полиморфных систем: группы крови, иммунологические реакции и т.д. Эти системы обеспечивают генатипическую индивидуаль­ ность каждого человека.

Возникновение культуры и цивилизации, передающейся и накапливающейся из поколения в поколение в процессе обучения и не содержащейся в генетической программе, является уникаль­ ным свойством, присущим только человеку. Человек- Homo sapiens

- оказался единственным видом, у которого идет накопление опы­ та, знаний и умений с каждым поколением, передача их из поколе­ ния в поколение. Только человек научился использовать естествен­ ное, техническое и культурное наследие для увеличения своей кон­ курентоспособности и изменения условий окружающей среды.

Открытие возможности накопления культурной информации в дополнение к генетической привело к эволюции генотипа и мор­ фологической структуры человека в направлении лучшего исполь­ зования этой возможности. В первую очередь произошло увеличе­ ние мозга как емкости для сохранения культурной информации и возникновение языка как средства передачи накопленной инфор­ мации.

Более высокое развитие головного мозга является одним из главных отличий человека от других животных. Особенно развита кора головного мозга и те ее части, которые отвечают за принятие решений, обобщение информации, способность к предсказанию и предвидению, творческую деятельность. У шимпанзе эта область коры занимает 17 %, у собаки - 7 %, а у человека - 29 % при несравненно большем общем объеме коры головного мозга. Это определило способность человека к творчеству, в том числе к тех­ ническому, к созданию разнообразных орудий труда, к абстракт­ ному мышлению.

Возникновение речи бьmо одним из кардинальных измене­ ний в генотипе человека. В отличие от генетически закрепленных звуковых сигналов, используемых животными, человек стал спо­

–  –  –

многократно увеличило возможности общения между людьми в процессе совместной деятельности, передачи опыта и знаний млад­ шим, их обучения. С развитием языка стало возможным специали­ зированное накопление информации отдельными людьми. Это привело к возникновению общества социальной структуры, ос­ нованной на культурной специализации, в отличие от генетичес­ ки закрепленных специализаций в животных сообществах.

Возникновение культурной специализации в обществе при­ вело к возможности прекращения и даже уменьшения роста объе­ ма мозга одного человека. Культурная специализация потребовала создания различных моральных, юридических норм, не закреп­ ленных генетически и меняющихся с развитием культуры.

Третьей отличительной особенностью человека является его способность к труду. Еще Ф. Энгельс связал вьщеление человека из животного мира с его трудовой деятельностью. Человек делал от­ крытия и создавал орудия труда, а эти орудия изменяли самого человека, оказывали решающее влияние на его эволюцию. Напри­ мер, использование огня для приготовления пищи позволило "об­ легчить" череп человека, изменить его вес и форму. Приготовлен­ ная на огне пища, в отличие от сырой, не требовала мощных мышц для ее пережевывания. А более слабым мышцам не нужен был для закрепления теменной гребень, имевший место у более древних предков человека.

Цивилизация с самого начала истории человечества приобрела технологическое направление. Принцип технологической активно­ сти человека есть отражение исходного и основного отношения его к природе при любом историческом состоянии взаимодействия общества и природы. Такое отношение возникло на начальных ста­ диях развития человеческого общества и остается до сих пор.

Почему именно такой ход эволюции человека и общества оказался наиболее перспективным? В. И. Вернадский объясняет это следующим образом. Каждый новый этап в эволюции трудовой де­ ятельности человека приводил к усилению перерабатывающей функции биосферы. Первые орудия труда из камня, кости, дерева явились первыми средствами переработки биосферы. Освоение огня стало новым этапом, огонь позволял получать материалы, отсут­

–  –  –

все это ступени усиления перерабатывающей функции человека.

Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 129 Итак, сущность человека как биосоциального существа разви­ вается под воздействием двух программ- генетической, создаю­ щей биологические основы жизни человека, и социальной, кото­ рая, опираясь на его биологические особенности, формирует его сознание.

Как биологический вид, в течение 40 тыс. лет Homo sapiens не претерпел никаких существенных изменений, но в ходе культур­ ного развития он достиг современного уровня производства. С каж­ дым поколением все больше развивается мозг, новые профессии требуют новых навыков, при улучшении условий жизни и успехов медицины увеличивается продолжительность жизни. Однако все это не вызывает существенных изменений в наследственности. Все эти прогрессивные изменения обусловлены внешними условиями существования человека в обществе.

Таким образом, благодаря генетическому наследию неуклон­ но воспроизводится одно поколение людей за другим, а качест­ венные особенности формируются у каждого человека в каждом поколении путем усвоения материального и духовного культурно­ го наследия. Следовательно, культура и цивилизация так же не­ обходимы человеку, как и его генетическая программа. Уничтоже­ ние либо того, либо другого приведет к прекращению существова­ ния человека.

Генетическая информация о структуре любого биологическо­ го вида надежно сохраняется и не может быть утеряна, пока суще­ ствует достаточное для воспроизводства вида количество особей.

Однако все увеличивающееся загрязнение биосферы отходами ан­ тропогенной деятельности ведет к необратимым изменениям в ге­ нетической программе человека.

О начавшемся распаде генотипа человека свидетельствуют данные о росте числа генетических заболеваний в развитых стра­ нах, снижении иммунитета человека, возникновении новых забо­ леваний. В результате возрастания радиоактивности, химического загрязнения окружающей среды увеличивается число патологий при беременности и родах, раковых опухолей, психических нару­ шений. Наблюдается рост генетически неполноценных детей.

Культурное наследие также может быть утеряно при жизни человека, в процессе накопления и эволюции культурной инфор­ мации. Изменяя окружающую среду, человек меняет и свою куль­ туру. Но даже когда человек поймет, что эти изменения не способ­ ствуют его выживанию, к прежнему существованию он вернуться

–  –  –

Таким образом, тенденции развития современной цивилиза­ ции не обеспечивают устойчивого существования человека как вида.

Поэтому задумываться о последствиях своихдействий человекдол­ жен уже сейчас.

Этапы изменения экологической ниши человека 4.4.

Каждый вид на земле имеет свою, только ему присущую эко­ логическую нишу. Человек несмотря на то, что ему присущи мно­ гие специфические качества, является одним из биологических видов класса млекопитающих. Он также имеет свою, только ему присущую экологическую нишу, т.е. совокупность требований к условиям среды (экологическим факторам), в которых он обитает.

Как биологический вид человек может обитать только в пре­ делах суши экваториального пояса (тропики, субтропики), где и возникло семейство гоминид. По вертикали его ниша простирает­ ся на З-3,5 км над уровнем моря. Но благодаря своим социальным свойствам (разуму, речи, способности к трудовой деятельности) человек значительно расширил ареал своего обитания. Там он мо­ жет выживать, преодолевая сопротивление лимитирующих факто­ ров (частично путем адаптаций к новым условиям, но в большин­ стве своем с помощью различных искусственных приспособлений

-жилища, одежды и т.д.) и создавая новые экологические ниши человека как биосоциального существа.

Анализируя эволюцию человеческого рода с момента возник­ новения до настоящего времени, можно заметить, что существует несколько огромных периодов, каждый их которых характеризует­ ся спецификой влияния общества на природу и природы на обще­ ство, в рамках которых формируются особенности экологической ниши человека.

Эти периоды можно рассматривать как периоды глобального расширения сферы человеческой цивилизации, освоения планет­ ного и космического пространства и одновременно изменяющего­ ся отношения человека к природе.

Исследования показывают, что уже тысячи лет назад стихий­ ная деятельность человека приводила к крупным изменениям при­ родной среды. Верхний палеолит был первой культурой, создан­ ной человеком. Палеолитическая эпоха истории человечества ох­ ватила 4 миллиона лет. Этот период можно разбить на несколько стадий, в зависимости от прогресса в обработке камня и исполь­ зования кости. Но экономической основой развития общества на Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 131 всех стадиях палеолита бьша охота на крупных животных, сопровож­ даемая собирательством. Длительность этого этапа велика - не ме­ нее 2/ 3 всего периода существования разумного человека.

Палеонтологические данные показывают, что предки совре­ менного человека, жившие в эпоху раннего палеолита, занимали экологическую нишу собирателя- вида с широким потреблени­ ем растительной и примерно в раз менее доступной животной пищи. Каждому собирателю требовалось около га земли для нормального пропитания. Если принять, что ареал первобытного человечества составлял около 109 га, то численность первобытно­ го человечества не превосходила 2 млн. человек. В таких условиях предки-собиратели просуществовали около 1 млн. лет.

Открытие огня и создание простейшего оружия позволило че­ ловеку занять нишу охотника и заселить территории с умеренным климатом, где жизнь путем собирательства невозможна. Население при этом выросло незначительно, так как территория потребления охотника больше территории потребления собирателя. Охота, кроме мяса, позволяла получать кости, шкуры, сухожилия и использовать их для изготовления орудий труда, жилищ, одежды и украшений, ловушек для животных. Охотники занимались и ловлей рыбы.

Основным способом добычи пищи бьша, по-видимому, за­ гонная охота. Она, наподобие хищнических способов лова рыбы, приводила к гибели большого числа животных, которые не могли быть все использованы в пищу, так как древние охотники еще не владели приемами хранения пищи.

Среди антропологов есть мнение, что более вероятна бьша другая модель поведения человека. При большой плотности жи­ вотных палеолитический человек не нуждался в загонной охоте.

Он подстерегал добычу и убивал ровно столько, сколько бьто необходимо для нормального питания. Вполне возможно, что обе эти формы охоты имели место, но соотношение между ними сей­ час установить практически невозможно.

Однако очевидно, что в эпоху верхнего палеолита, совпада­ ющего по времени с последним вюрмским оледенением, исчезли многие крупные животные: мамонт, шерстистый носорог, гиган­ тский олень, пещерный лев, пещерный медведь и другие. Суще­ ствуют данные и математические расчеты о том, что именно пер­ вобытный человек оказал решающее влияние на исчезновение этих животных, хотя некоторые исследователи считают, что это связа­

–  –  –

новение крупных животных можно объяснить следующим образом.

Для любого вида животных верхний предел их численности огра­ ничивается кормовыми ресурсами данной географической зоны, и, следовательно, прирост численности зависит от удельной рож­ даемости. Значение ее минимально у самых крупных животных и возрастает с уменьшением размера животного. Поэтому наименее защищенными от охотников верхнего палеолита оказались самые крупные виды травоядных животных, они не могли восполнить потери численности от охоты на них высокой рождаемостью, как это делают более мелкие травоядные. Исчезновение же крупных хищников (пещерный лев, пещерный медведь), которые не были объектом массовой охоты, можно объяснить нарушением цепей их питания при вымирании соответствующих травоядных. Есте­ ственно, что более суровые природные условия в эту эпоху и умень­ шение кормовых ресурсов для травоядных животных способство­ вало резкому уменьшению их численности.

Кроме того, данный период сопровождался ростом числен­ ности человеческой популяции. Это подтверждается ростом числа их стойбищ по мере перехода к более поздним стадиям палеолита, о чем свидетельствуют археологические исследования. Чем больше было людей, тем больше они уничтожали животных (при любом способе охоте), тем больше разрушали естественные биоценозы и изменяли свою экологическую нишу. В результате человечество стол­ кнулось с исчезновением тех видов животных, которые на протя­ жении многих веков служили ему пищей.

Таким образом, первая культура современного человека верхний палеолит - привела к возникновению на обширных тер­ XIIриториях экологического кризиса. Этот период соответствовал X тысячелетиям до н.э. Население, зависящее от массовой охоты на крупных травоядных животных, находилось под угрозой выми­ рания, поскольку оно не имело времени для постепенного пере­ хода к новым способам добывания пищи. Поэтому переход к ново­ му периоду развития человечества мог сопровождаться даже вре­ менным сокращением численности, о чем свидетельствуют и от­ дельные археологические данные. Начиная с эпохи верхнего па­ леолита хозяйственная деятельность человека неоднократно при­ водила к ухудшениям природных условий и возникновению эко­ логических кризисов различного масштаба.

тысяч лет назад существенно изменились климатичес­ 10-12 кие условия планеты: обширные пространства освободились от ледника, поднялся уровень Мирового океана, холодный климат Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 133 стал более теплым. Исчезновение крупных млекопитающих послу­ жило для человека толчком к поиску новых источников пищи. В XII тысячелетии до н.э. основным способом пропитания вновь ста­ новится сбор диких злаков, человечество кратковременно возвра­ щается в рамки экологической ниши собирателя. Чуть позже воз­ никает земледелие. Одновременно с этим идет приручение живот­ ных с их последующим использованием на мясо и молоко. Таким образом, возникает производящее хозяйство. Это событие было настолько значительным в эволюции человеческого общества, что его называют неолитической революцией. Оно способствовало, по мнению многих антропологов, серьезным изменениям в физичес­ ком типе древних людей, в первую очередь уменьшению роста. Этот процесс зародился в Передней Азии, Средиземноморье, отдель­ ных областях Восточной Азии и Центральной Америки и посте­ пенно распространился на остальные территории. Процесс станов­ ления производящего хозяйства продолжался длительное время, примерно до начала 111 тысячелетия до н.э.

Что характерно для экологической ниши человека на этом этапе? Человечество создало вокруг себя искусственную биоти­ ческую среду обитания стада домашних животных и поля куль­ турных растений. Эта искусственная среда требовала непрестанной поддержки, способствовала созданию специального инвентаря, сельскохозяйственного календаря и организации производства в соответствии с ним. Значительно возросло и влияние человека на природу. Уже с древних времен важным фактором воздействия че­ ловека на окружающую среду бьш огонь. Лесные и степные пожа­ ры применялись как средство для охоты на крупных животных, как основа подсечно-огневого земледелия. После вырубки леса и сжигания срубленных деревьев почва давала высокие урожаи даже при не очень глубокой обработке. Однако плодородие почвы убы­ 2-3 вало быстро, и через года приходилось вырубать новые участ­ ки леса. Уничтоженный таким образом растительный покров практи­ чески не восстанавливался даже после прекращения его система­ тического выжигания. Широкое применение выжигания раститель­ ности привело к заметным изменениям природных условий, вклю­ чая флору, фауну, почвы, климат и гидрологический режим. Наряду с подсечно-огневым земледелием на растительный покров оказы­ вал влияние чрезмерный выпас скота без учета возможностей вос­ становления растительности. Степи и саванны приобретали черты полупустынь и пустынь. Изобретение искусственного орошения способствовало нарушению естественной системы речного стока.

134 Экология Есть данные о том, что одна из первых древнейших цивили­ заций в северо-западной Индии тысячелетие до н.э.) ис­ (111-11 чезла именно в результате подобных изменений. Разрушение рас­ тительного покрова обусловило повышение температуры, пони­ жение относительной влажности и уменьшение количества осад­ ков, что превратило некогда сухие степи в пустыню.

Открытие земледелия и скотоводства позволило значительно сократить площадь земли, необходимую для прокорма одного че­ ловека. Эта территория уменьшилась до нескольких гектаров. Энер­ гия, тратившаяся ранее на обход территории собирателя, теперь должна была затрачиваться на обработку земли и выпас скота.

Производящее хозяйство позволило контролировать источ­ ники пищи, делать запасы и предохранять себя от голода. Это выз­ вало значительный рост народонаселения, к году до н.э. оно достигло 100 млн. человек.

Таким образом, в этот период серьезным изменениям под­ верглось как само общество, так и его влияние на природу. Оно выразилось в масштабных изменениях лика планеты опустынива­ нии земель, наступлении степи на лес, обезлесении многих терри­ торий, высыхании речных русел. В это период были сделаны серь­ езные шаги в создании искусственной среды обитания человека.

Но и общество nриобрело большую зависимость от природного окружения. Общество разрушало природу, стремясь все более и более приспоеобить ее к своим нуждам, но и природа мстила чело­ веку экологическими кризисами, исчерпаннем ресурсов и стихий­ ными бедствиями. Хотя, с другой стороны, изменение окружаю­ щей среды создавало определенные стимулы для развития новых видов хозяйствования, технического и экономического прогресса.

Земледелие означало переход больших кочевых групп к осед­ лому образу жизни. Минимальные энергетические затраты на пе­ редвижение при обработке земли обеспечивались распределением земледельцев по индивидуальным участкам с образованием хуто­ ров или небольших деревень. Сначала общины были небольшие, до 20 человек или немнагим больше.

Рубеж тысячелетий до н.э. ознаменован громадным со­ IV-111 бытием в истории человечества возникновением городов и орга­ низации городской среды. Люди, проживающие в городах, питались продукцией, производимой в сельской местности. Образ жизни в городах древности мало отличался от современности: уже существо­ вали школы и мастерские, дворцы и храмы, базары. Излишки про­ дуктов питания позволяли некоторым людям значительную часть Раздел Экология человека и антропогенное изменение биосферы 2.

своего времени посвящать ремеслу- изготовлению посуды, камен­ ных и металлических вещей, тканей. Из общей человеческой среды выделяются руководители -старшие по возрасту, наиболее опыт­ ные, знатоки обрядов. Начинают складываться основы государства.

Что изменилось при этом в системных отношениях между человеком и природой, каковы особенности новой экологической ниши человека?

Город во многом зависит от географической среды, так как ландшафт и водоснабжение являются определяющими факторами в местоположении города и окружающей его дорожной сети. Кон­ центрация населения создает крупномасштабные изменения в окру­ жающей среде. Эrо окультуривание ландшафта; вырубка леса; интен­ сификация земледелия, истощающая почву; выбросы отходов про­ изводства в почву, воздух и воду; рудники и каменоломни, оставля­ ющие после себя огромные участки эродированной поверхности.

Этот процесс продолжается и в настоящее время, сопровож­ дается ростом громадных городских образований. Поэтому грани­ цы этого этапа достаточно условны, они соответствуют опреде­ ленной стабилизации в интенсивном вначале процессе перехода от сельской жизни к городской. Процесс стабилизировался при­ мерно к рубежу н.э.

В первые века н.э. постепенно происходил переход к четвер­ тому этапу, связанному с освоением ранее заброшенных террито­ рий планеты, интенсификацией производства. Итогом этого пери­ ода явилась антропогенная миграция живого и косного вещества нашей планеты. Миграция огромных масс людей в эпоху великого переселения народов в первые века н.э., миграции вместе с ними животных и растений, изменение навыков земледельческого тру­ да, усовершенствование дорожной сети, развитие морской тор­ говли все это способствовало антропогенным миграциям хими­ ческих элементов. Одновременно с этим существенно изменялись границы экологических нищ, занимаемых человеком.

–  –  –

вого двигателя и появление железных дорог, изобретение элект­ ричества еще более усилили эти процессы.

Пятый этап взаимодействия природы и общества связывает­ ся с нашим столетием, с эпохой научно-технической революции.

Это период создания и использования новых технологий, одна из которых применение атома и атомной энергии. Новые открытия привели к огромной технической оснащенности общества, но и к глобальным техногеиным катастрофам.

Параллельна произошло резкое увеличение численности насе­ ления, названное демографическим взрывом, что столкнуло чело­ вечество с голодом во многих регионах нашей планеты. Современ­ ная цивилизация привела к несоответствию генетической програм­ мы человека и занимаемой им современной экологической ниши.

Рост энергообеспеченности привел к тому, что женщина оказалась в состоянии в одиночку выращивать детей. Генетическая потребность в общении с женщиной, заботе о семье и потомстве у большого количества мужчин оказалась неудовлетворенной. Возможно, это яви­ лось одной из причин таких явлений как пьянство, наркомания.

В условиях развитого технически вооруженного общества на человека воздействует огромное количество факторов, находящихся периодически или постоянно за пределами толерантности челове­ ческого организма. Это шум, вибрация, температура, электромаг­ нитные поля, примеси веществ в воздухе, воде и почве, радиация и т.д. Все эти экологические факторы являются элементами совре­ менной экологической ниши человека. По отношению к ним ус­ тойчивость человека мала, и такие факторы оказываются лимити­ рующими, разрушающими экологическую нишу.

Таким образом, последний этап взаимодействия человека и природы является переломным, так как перед человечеством сто­ ит выбор пути развития- либо в сторону гибели человечества и, возможно, всей биосферы, либо в сторону выживания и решения стоящих пред ним проблем. Либо ниша человека будет сохранена для настоящего и будущих поколений, либо человек как биологи­ ческий вид обречен на исчезновение.

Особенности экасистемы человека 4.5.

Основной структурной единицей организации живого веще­ ства является биогеоценоз, состоящий из популяций различных видов животных, растений и микроорганизмов и окружающей их среды. Структурную аналогичную единицу можно вьщелить и в человеческом обществе.

Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 137 На первых этапах становления человеческого общества популя­ ции человека чаще всего были представлены отдельными поселени­ ями или их группами.

Жители одного селения являлись хозяйствен­ ным глобальным коллективом, связанным общим комплексом тру­ довых операций, сезонностью работы. Этот коллектив занимал оп­ ределенную территорию и оказывал на нее постоянное преобразу­ ющее воздействие. Симбиоз между хозяйственным коллективом и освоенной им территорией можно назвать антропогеоценозом.

Каждому антропогеоценозу были свойственны та или иная численность населения, причем значительную роль играли два показателя: численность всего хозяйственного коллектива, т.е.

людей, потребляющих продукты труда, и численность трудоспо­ собного населения, производящего эти продукты. Оптимальное соотношение между ними служило показателем благоприятной демографической ситуации в данном антропогеоценозе, способ­ ствующей его процветанию.

Хозяйственный коллектив антропогеоценоза получал от экс­ плуатируемой территории, в первую очередь, пищу. Пищевые цепи это один из видов связей коллектива и среды. Они зависели от численности популяции, типа и интенсивности хозяйства, харак­ теристик среды.

Вторая связь осуществлялась через получение коллективом материалов для жилищ, одежды, орудий труда и охоты. На этом уровне возникали связи между различными антропогеоценозами, так как природная среда не всегда снабжала коллектив всем необ­ ходимым ему сырьем.

Современные популяции людей уже нельзя рассматривать как устойчивые, изолированные в течение многих поколений группы людей. Это непрерывные потоки людей, мигрирующие через геогра­ фическое пространство с различными природными и социальными условиями. Стабильные отношения человека со средой не успевают установиться. Поэтому в качестве объекта для изучения характера взаимодействия человека и среды его обитания выделяют экологи­ ческие системы, что позволяет детально исследовать происходящие

–  –  –

Человек стал отбирать отдельные виды дикорастущих расте­ ний и диких животных, создавать новые модификации этих ви­ дов, обеспечивать условия для их роста и размножения в домаш­ них условиях, защищать от других видов живых организмов. За тысячелетия культурные растения и одомашненные животные су­ щественно изменились благодаря селекции и гибридизации и уже не могли существовать без постоянного человеческого внимания.

Таким образом, возникла собственная, отличная от природ­ ной экасистема человека, включающая его самого, выращивае­ мые им растения и домашних животных. У людей появилась теперь возможность стабильно снабжать себя пищей. Повышение произ­ водительности труда при производстве продуктов питания сделало возможным разделение труда, которое привело к развитию ремес­ ла, промышленности, торговли, культуры.

Человек смог производить продовольствие, научился бороть­ ся с хищниками и болезнетворными микробами, создал одежду, дома, системы отопления; построил водохранилища, каналы, си­ стемы орошения. Все это позволило человеку ограничить действие обычных лимитирующих факторов: нехватки пищи и воды, влия­ ния хищников, болезней, низких и высоких температур и в конеч­ ном итоге, обеспечило человеческой экасистеме распространение по всему миру за счет стеснения, изменения или просто уничто­ жения многих естественных экосистем. Но одновременно это при­ вело к возникновению множества проблем.

Изменение экасистем под влиянием хозяйственной деятель­ ности происходит во много раз быстрее, чем их естественное са­ моразвитие. Для современных антропогенных экасистем характер­ ны перестройка биохимических циклов, изменение водного и энер­ гетического баланса, биотических соотношений, нарушение ус­ тойчивости и продуктивности. Происходит упрощение экосистем, уменьшается их сложность и разнообразие.

Возможности человека позволяют удовлетворять многие по­ требности за счет нарушения сложившегася в природе равнове­ сия, за счет вытеснения многих элементов естественных экологи­ ческих систем и создания искусственных, упрощенных антропо­ генных систем. Сообщество растений, животных, микроорганиз­ мов, составляющих биоценоз на данной территории, заменяет одна, не лучшим образом приспособленная к жизни в данных условиях, но нужная человеку монокультура. Человек выращивает эту куль­ туру, уничтожая другие виды растений, животных, насекомых, разрушая сложившиеся в природе трофические цепи.

Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 139 Человек заинтересован в получении максимума чистой продук­ ции, для чего пригодны начальные этапы сукцессионного развития.

Поэтому антропогенные системы обладают всеми недостатками мо­ лодых экосистем. Они лишены таких защитных функций, как устой­ чивый круговорот питательных веществ, регулирование численнос­ ти популяций, естественное поддержание плодородия почвы и т.д.

При появлении в структуре экологической системы объектов промышленного производства, оказывающих влияние на ее функ­ ционирование, возникает новая искусственная экологическая си­ стема, которую можно назвать природно-промышленной систе­ мой. Ее основной особенностью является то, что практически все элементы этой системы находятся под постоянным воздействием промышленных предприятий. Сельскохозяйственные и лесные уго­ дья, расположенные в этом районе, в большинстве случаев сни­ жают свою продуктивность или полностью деградируют.

Обмен веществом между элементами такой природно-про­ мышленной системы происходит путем вовлечения определенных технологических и природных ресурсов в материальное производ­ ство. Обмен энергией- путем превращения природных источни­ ков энергии в энергетические ресурсы производства, а также пу­ тем выделения в окружающую среду доли энергии, не использо­ ванной в производстве и превращенной в тепло. Обмен информа­ цией позволяет судить о состоянии отдельных компонентов, целе­ направленно корректировать процессы обмена веществом и энер­ гией с помощью различных технологических мероприятий. При­ чем скорость происходящих при этом изменений в антропогенной системе, как правило, очень велика.

Мобильность антропогенных экосистем, с одной стороны, позволяет регулировать и перестраивать их за сравнительно корот­ кий период, часто измеряющийся жизнью одного поколения, а с другой стороны требует особого внимания к возникновению в них неблагаприятных изменений, которые могут быстро приобре­ сти катастрофический характер.

–  –  –

ровала все воздействие человека на биосферу и проблемы загряз­ нения не возникали.

В настоящее время под влиянием антропогенной деятельнос­ ти происходят глобальные изменения окружающей среды. Напри­ мер, концентрация углекислого газа в атмосфере быстро увеличи­ вается, что усиливает парникавый эффект и может привести к росту приземной температуры. Биота должна реагировать на это увеличение в соответствии с принципом Л е- Шателье, поглощая избыточный углерод из атмосферы.

Между тем анализ землепользования показывает, что с начала прошлого столетия на значительной части биосферы органический углерод не увеличивается, а уменьшается. Следовательно, биота перестала поглощать избыток углерода из атмосферы. Наоборот, она начала выбрасывать углерод в атмосферу, увеличивая, а не уменьшая его количество в окружающей среде. Этот процесс в дополнение к аналогичному, производимому промышленными предприятиями, привел к тому, что структура естественных со­ обществ биоты оказалась нарушенной в глобальных масштабах.

Можно оценить порог антропогенного воздействия, начиная с которого принцип Л е- Шателье в биоте перестал действовать, т.е.

когда биота и окружающая среда потеряли устойчивость.

В доиндустриальную эпоху площадь эксплуатируемых земеш 5 % суши, составляла менее на которой использовалось не более 20 % первичной продукции биоты, т.е. общая антропогенная дош 1 %.

потребления продукции биосферы не превышала В настоящеf время активную хозяйственную деятельность человек ведет Н млн. км 2 суши). Пища людей и скота составляет пер· 60 (40% 8% вичной продукции, а с учетом разнообразных воздействий чело 27 % продукции века на биоту потребляется до суши.

Из данных об изменении круговорота углерода следует, ЧТt биосфера может компенсировать возмущения, производимые чело веком, если потребление первичной продукции не будет превы 1 %.

шать В начале ХХ века порог был пройден, и человечеств стало развиваться в условиях распада биоты и потери устойчивое ти окружающей среды.

Высокий уровень потребления человеком первичной продуi ции привел к деформации ранее установившегася в биосфере рю иовесия потребления. Значительная часть разнообразных виде организмов практически бьmа лишена пищи, их популяции стал сокращаться, исчезать. В то же время огромные количества оргаю Раздел Экология человека и антропогенное изменение биосферы 2.

ческих отходов человеческой деятельности позволили вырасти та­ ким популяциям, как крысы, тараканы и т.д.

Главным нарушением в биоте стало разрушение экологичес­ ких ниш многих видов организмов. Перестал действовать механизм конкурентного взаимодействия, нарушилась устойчивость есте­ ственных экосистем, что привело к искажению окружающей сре­ ды. В результате человек нарушил и свою экологическую нишу.

Следовательно, можно предположить, что возникшая в про­ цессе эволюции биота представляет собой естественную систему, обеспечивающую устойчивость среды обитания при любых во­ зникающих возмущениях. Искусственные сообщества вряд ли спо­ собны обеспечить такую же высокую точность взаимного соответ­ ствия процессов синтеза и разложения органических веществ.

Искусственное сообщество не обладает биологической устойчи­ востью и, следовательно, не может существовать в течение дли­ тельного времени.

Поэтому сохранение природных сообществ и существующих видов живых организмов в объеме, способном обеспечивать вы­ полнение принципа Ле-Шателье по отношению к глобальным воз­ мущениям окружающей среды, возврат в пределы хозяйственной емкости биосферы, верхним пределом которой является потреб­ ление не более 1 %чистой первичной продукции биоты (фотосин­ теза), есть одно из главных условий сохранения жизни на планете.

–  –  –

природой. Величина удельного потребления энергии широко ис­ пользуется для оценки напряженности взаимоотношений между человеческими общностями и окружающей средой.

Весь длительный период освоения энергии человеком можно разбить на несколько этапов.

Первый этап начался с момента появления человека на Зем­ ле и продолжался до в н.э., это бьш этап мускульной энер­ V-VII гии. Человек нижнего палеолита поддерживал свое существование за счет энергии продуктов питания. Затем, около тыс. лет на­ зад, люди начали использовать огонь. Вначале огонь зажигали от лесных пожаров, возникших от ударов молний. тыс. лет назад человек научился добывать огонь сам, путем трения. Огонь стали использовать для приготовления пищи, что существенно облегчило пищеварение, высвободив время и энергию для активных действий.

Рацион питания древних охотников и рыболовов не превы­ шал 8-12 тыс. кДж в сутки тыс. ккал/сут). Суммарное потреб­ (2-3 ление энергии жителями Земли составляло примерно 4,6 · 10 10кДж/год, если считать, что численность жителей не пре­ 8,8 · 10 10 вышала 10-20 тыс. человек.

Важной ступенью развития Человечества бьш переход к зем­ леделию (неолитическая революция). Подсечно-огневое земледе­ лие существенно увеличило использование энергии человеческим обществом. Потребление энергии одним человеком возросло ДО тыс. кДж/сут (с учетом использования огня для приготовления пищи и в хозяйстве). Суммарное потребление энергии возросло до кДж/год.

1,7 · 10 11 -6,3 · 10 11 Распределение затрат энергии по регионам бьшо неравномер­ ное и зависело от вида деятельности сообщества и плотности на­ селения. При подсечно-огневом земледелии плотность населения была невысока. В жарких же районах с орошаемым земледелием и использованием органических удобрений, с большим плодороди­ ем земли плотность населения бьша значительно выше, она дос­ тигала человек на 1 км 2 • Концентрация населения в этих 230-500 районах приводила к локальным экологическим кризисам.

С появлением государства и развитием технической цивили­ зации потребавались новые источники энергии, ими стала мус­ кульная сила рабов. С помощью этой силы прокладывались кана­ лы, создавались плотины, бьши построены грандиозные сооруже­ ния египетские пирамиды.

Расчеты среднедушевого потребления энергии на этом этапе развития общества затруднены, так как общество разделилось на Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 143 классы, значительно различающиеся между собой уровнем жизни и, следовательно, потреблением энергии. 3,0-3,5 тыс. лет назад мно­ гие сообщества еще жили общинно-родовым строем с низким уров­ нем энергопотребления. Такой же уровень энергопотребления был и у рабов, составлявших значительную часть населения античного общества. По оценкам, в конце эпохи античности суммарное энер­ гопотребление составляло 2,1-2,5 · 10 15 кДж/год.

В этот период на Земле произошли существенные изменения

- погибли многие леса, началась активная эрозия почв, интен­ сивная разработка месторождений меди привела к изменению лан­ дшафта местности. Интенсификация человеческой деятельности требовала больших энергозатрат. Однако рабство с течением вре­ мени стало тормозить процесс развития энергетики: как источник

–  –  –

водяных мельниц, действующих непрерывно.

Этот период характерен переходом от ручного производства к машинному. Появляются ткацкие станки, бумагоделательные ма­ шины, лесопилки. Но в качестве тягловой силы по-прежнему ис­ пользуется лошадь.

Потребление энергии одним человеком возрастает до 1,1 · 105 кДж/сут. Численность населения увеличивается с 230 до 920 млн. человек. С учетом этого, суммарное энергопотребление составляет 6,3 · 10 15 -1,7 · 10 16 кДж/год.

При феодализме наблюдается рост числа городов и увеличе­ ние плотности населения. Увеличилась классовая дифференциа­ ция общества. Большая часть потребляемой энергии шла на удов­ летворение потребностей малого количества людей.

В это время предпринимаются многочисленные попытки со­ здать вечный двигатель, использующий кажущееся "самодвиже­ ние" воды и воздуха (реки, приливы и отливы, ветер). Это было своеобразным отражением энергетического кризиса, постигшего человечество.

–  –  –

ве, в тепловую, применяя силы сжатого пара. Это - третий этап развития энергетики (с XVIII в. до начала ХХ в.). В XVIIвв. были созданы первые, длительно работающие паравые XVIII машины, вначале пригодные лишь для откачивания воды из шахт

–  –  –

требление энергии в настоящее время зависит от уровня развития и энергообеспеченности конкретной страны.

Пятый и последний этап в развитии энергетических достиже­ ний человечества связан с освоением атомной энергии. Этот этап начался в середине ХХ века и продолжается до настоящего време­ ни, одновременно со 2-м и 3-м этапами.

Таким образом, в своем развитии человеческое общество про­ шло через ряд различных экосистем, отличающихся друг от друга источниками энергии: экосистемы, движимые солнечной энерги­ ей (природные системы, зависящие от солнечного излучения), и движимые топливом экосистемы (современные промышленно-го­ родские системы), а также их различные комбинации. В последние десятилетия ХХ века часть мира, использующая в крупных масш­ табах нефть и другие горючие ископаемые, функционирует как экосистема, движимая топливом, а другая часть мира ("третий Раздел 2. Экология человека и антропоrенное изменение биосферы 145 мир") остается зависимой, в основном, от биомассы (пищи и древесины), т.е. находится на стадии экосистемы, движимой Сол­ нцем. Это различие приводит как к серьезным экологическим раз­ личиям, так и к экономическим и политическим конфликтам, так как энергообеспеченность общества является одним из главных условий высокого уровня развития общества.

–  –  –

Еще одной составляющей, необходимой для существования и развития человечества, помимо энергии, являются природные ресурсы.

Природные ресурсы - это важнейшие компоненты окружа­ ющей человечество естественной среды, используемые для созда­ ния материальных и культурных потребностей общества (вода, почва, солнечная радиация и другие виды энергии, растительный и животный мир и т.д.). Природные ресурсы делятся на неисчерпа­ емые и исчерпаемые, а последние, в свою очередь, подразделяют­ ся на невозобновимые и возобновимые.

Неисчерпаемые ресурсы - количественно неиссякаемая часть природных ресурсов, это вода, солнечная энергия, энергия при­ ливов и отливов, внутриземная энергия. Источник этих ресурсов не подвержен влиянию со стороны человека. Можно лишь гово­ рить о количественных изменениях, вносимых его деятельностью.

Например, приток солнечной радиации к поверхности Земли сни­ жается в связи с загрязнением атмосферы. В масштабе всей гидро­ сферы запасы воды остаются неизменными. Но в конкретных ре­ гионах обмеление рек и озер, связанное с гидростроительством, созданием оросительных систем, ставит проблему пресной воды на первое место. Практически неисчерпаемые ресурсы вод Миро­ вого океана подвергаются крупномасштабному изменению в ре­ зультате загрязнения нефтью и другими веществами, что вносит существенные изменения в состав и структуру водных экосистем.

Исчерпаемые - ресурсы, количество которых уменьшается по мере их добычи или изъятия из природной среды. Это богатство недр, почва, растительный и животный мир, чистый воздух, чис­ тая вода. При этом богатства недр относятся к невозобновляемым ресурсам, потiМУ что они либо не восполняются в результате при­ родных процессов (медь, алюминий, железо и т.д.), либо их запа­ сы восполняются медленнее, чем происходит их потребление 146 Экология (нефть, уголь, горючие сланцы). Характерной чертой возобновля­ емых ресурсов (почвы, растительности, животного мира, микро­ организмов) является их способность к самовоспроизводству. Од­ нако для существования этого процесса необходимо, чтобы темпы изъятия человечеством этих ресурсов из биосферы бьши сопоста­ вимы с темпами их воспроизводства.

Природные ресурсы использовались человеком с самого на­ чала человеческой деятельности. Минеральное сырье, в первую очередь кремень, служили основой развития палеолитической тех­ ники, от его распространенности, доступности зависело многое в жизни человеческих коллективов. Отсутствие кремня или анало­ гичных материалов стимулировало поиск, а значит, и переселение человеческих групп.

Влияние потребляющего хозяйства на состояние минераль­ ных ресурсов бьшо крайне ограниченно. Сбор кремня и других ви­ дов камня на местах их поверхностных выходов не затрагивал объема их естественных запасов и лишь в очень малой степени влиял на их перераспределение по земной поверхности.

Использование растительных ресурсов Земли начиналось с их окультуривания. Собирательство - это слабая попытка такого использования. Влияние потребляющего хозяйс1:ва на раститель­ ный покров планеты на этой стадии развития человечества также было незначительным. Собирательство сохраняло естественные фитоценозы, не разрушало их.

Далее освоение ресурсов фауны протекало более интенсивно в виде охоты на диких животных и рыболовства. Интенсивная охо­ та привела к исчезновению многих видов животных, в первую оче­ редь крупных млекопитающих. Переход к животноводству и земле­ делию существенно усилил влияние человечества на живую со­ ставляющую природных ресурсов.

Минеральные ресурсы более быстрыми темпами стали разра­ батываться с возникновением добычи металлов и введением их в культуру. Первым металлом, привлекшим внимание людей, бьша медь, скорее всего, самородная. Она уступала по твердости кам­ ню, но при нагревании ее можно бьшо размягчать и затем выко­ вывать орудия для работы с мягкими материалами тканями, кожей. В тысячелетии до н.э. кроме меди стали использовать ее сплав с оловом, свинцом бронзу. В это время медь и бронза становятся известны в первобытных зонах континентальной Евро­ пы, а во тыс. до н.э. бронза распространяется почти ·по всему миру, кроме Африки, где с середины 1тыс. до н.э. широко распроРаздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 147 странилось железо. Появились первые шахты, рудники. Потребность в металлах становилась все более значительной.

Начиная с этого времени человечество с каждым периодом своего развития все более быстрыми темпами начинает осваивать все виды доступных природных ресурсов, в том числе и минераль­ ных. Однако еще до недавнего времени человек жил в условиях практически неиссякаемых природных ресурсов, скорость потреб­ ления как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов бьmа относительно невелика.

–  –  –

Современная эпоха характеризуется все возрастающим по­ треблением минерально-сырьевых ресурсов. В период с 1900 по 1970 г. производство полезных ископаемых увеличилось в 12,5 раза, а к 1999 г. наблюдается еще трехкратное увеличение добычи сырья по сравнению с 1970 г. На фоне роста масштабов производства на первый план выступает вопрос об ограниченности природных ре­ сурсов, необходимых для удовлетворения запросов человеческой цивилизации и о пути их рационального использования.

Катастрофические результаты использования человечеством биологических ресурсов впервые были восприняты через список истребленных видов растений и животных. Только с 1600 г. на Земле вымерло 74 вида птиц (1,23 %) и 63 вида млекопитающих (1,43 %).

Еще больше погибло подвидов птиц и животных, причем более 80 % погублено в ходе человеческой деятельности.

Поскольку скорость возобновления ресурсов растительного и животного мира во многом зависит от деятельности человека, воз­ никает задача сбалансированности масштабов потребления и возоб­ новления природных ресурсов. В противном случае по мере роста потребления произойдет снижение возобновительной способнос­ ти природных систем за счет истощения их биопродуктивности.

Что касается невозобновляемых ресурсов, то их истощение со временем неизбежно. И задача заключается не столько в том, чтобы растянуть эти ресурсы на более длительный срок, сколько в том, чтобы до исчерпания того или иного природного ресурса найти ему заменитель природного или искусственного происхождения

–  –  –

Прогнозы на перспективу о количестве возможных запасов различных природных ресурсов специалистами оцениваются весь­ ма различно. По средним оценкам, запасов железной, марганце­ вой и хромовой руд, фосфатного сырья должно хватить еще на 100-300 лет. Но разведанных запасов полиметаллических руд, со­ держащих никель, вольфрам, молибден, медь, свинец, цинк, оло­ во, остается на лет и менее.

30-60 Из невозобновляемых природных ресурсов наиболее суще­ ственно исчерпание ископаемого топлива. По оценкам специалис­ тов, его хватит еще на 50-100 лет. В предвидении этого уже сейчас необходимо искать альтернативные виды топлива и энергии.

Одним из способов снижения нагрузки на биосферу и умень­ шения темпов исчерпания природных ресурсов являются безот­ ходные технологии. Сейчас количество добытого из недр земли сырья, идущего в отходы, достигает в среднем В то же время 50%.

больше половины горных пород, которые снимают с поверхности Земли, чтобы добраться до полезных ископаемых, и более 60 % отходов обогащения руды пригодны для производства строитель­ ных материалов, строительства дорог, заполнения провалов, об­ разующихся при открытой добыче полезных ископаемых, засьш­ ки оврагов и других видов деятельности. Утилизация отходов про­ мышленного производства имеет не только экономическое значе­

–  –  –

Контрольные вопросы 4.9.

Что изучает экология человека, каковы ее основные задачи?

1.

В чем заключаются основные доказательства животнрго происхожде­ 2.

ния человека. К какому отряду принадлежит человек?

В чем состоят основные отличия человека от других животных организмов?

Как характеризуются основные этапы развития человека?

4.

В чем суть генетического и культурного наследия человека?

5.

Какие основные этапы отмечают в процессе изменения экологической 6.

ниши человека?

Чем отличается экасистема человека от других природных экасистем?

7.

Сформулируйте принцип Ле-Шателье. В чем заключается нарушение 8.

принципа Ле-Шателье в индустриальную эпоху?

Какова роль энергии в развитии человека? Дайте краткую характерис­ 9.

тику основных этапов освоения человеком различных видов энергии.

Глава 5. ХАРАКТЕР АНТРОПОГЕННЫХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЭКОСИСТЕМЫ И БИОСФЕРУ

Экологические проблемы всегда сопутствовали развитию че­ ловеческой цивилизации. Однако то, что бьmо в недалеком про­ шлом, не может идти ни в какое сравнение с масштабами проти­ воречий, возникающих прй: взаимодействии общества и Природы в современную эпоху. Сегодня на Земле практически не осталось мест с ненарушенными экосистемами, способными осуществлять естественные средаобразующие функции.

Человеческое общество создало цивилизацию, ставшую по своеобразному выражению В. И. Вернадского "геологической си­ лой" Устойчивое развитие общества все более сдерживается гло­ бальными экологическими проблемами. К ним относятся: демо­ графический взрыв, деградация биосферы, загрязнение окружаю­ щей среды, изменение растительного и животного мира, серьез­ ные нарушения здоровья, генетического фонда людей.

Человек наносит два удара по природе: во-первых, истощает ресурсы, во-вторых, разрушает ее. И эти оба удара действуют на все элементы биосферы.

Сейчас стало ясно, что масштабы воздействия человека на окружающую среду в ряде случаев превысили адаптационные воз­ можности биосферы.

Опасность антропогенного воздействия на биосферу состоит в том, что отклик окружающей среды на это воздействие появля­ ется с запаздыванием, которое зависит как от характера, так и от интенсивности воздействия. Если реакция биосферы на загрязне­ ние наблюдается относительно быстро, то существует возможность регулирования масштабов воздействия, позволяющего предотвра­ тить необратимые изменения в природных системах. Примерам может служить регулирование отлова рыбы в водах Мирового оке­ ана. Если же сдвиги в экасистеме происходят с большим запозда­ нием, то возможны необратимые, даже глобальные, изменения.

Так исчезли многие виды растений и животных.

150 Экология Рост населения Земли и усиление антропогенных 5.1.

воздействий Экологические проблемы во многом связаны с ростом наро­ донаселения. Человек представитель животного мира, существо­ вание его, как биологического вида, тесно связано с качеством среды обитания.

На протяжении большей части истории человечества рост численности народонаселения происходил относительно медлен­

–  –  –

Человек интенсивно трансформирует процессы естественно­ го круговорота веществ не только на уровне экосистем, но и на уровне биосферы. Независимо от масштабов этих воздействий они осуществляются в рамках биохимических циклов. Это значит, что, даже не изменяя радикально эти циклы, человек может нарушить их материальный и энергетический балансы на определенных ис­ торических этапах и территориях. Пример тому авария на Черно­ бьшьской АЭС.

Для создания необходимых продуктов, развития искусствен­ ной среды обитания человек вовлекает естественные природные богатства в ресурсный цикл. Под ресурсным циклом понимается совокупность превращений и перемещений во времени и в про­ странстве вещества и энергии на всех этапах их использования че­ ловеком. В природных системах "движение" веществ реализуется их круговоротом по замкнутому циклу. Этим обеспечивается динами­ ческое равновесие и естественное развитие биосферы.

В антропогенной деятельности ресурсный цикл не замкнут, поскольку используемые в нем вещества и энергия не возвраща­ ются в места их изъятия. Часть их рассеивается в окружающую сре­ ду при добыче, транспортировке, переработке. В результате реали­ зации ресурсных циклов в окружающую среду поступают различ­

–  –  –

природных экосистемах. Часть отходов и уловленных выбросов раз­ личных производств перерабатываются в продукты потребления (производство пемзы из шлака, гравия из пустой породы, древес­ ностружечных плит из отходов деревообработки и др.), часть реге­ нерируется и возвращается в производство. Однако значительная доля веществ и энергии теряется с выбросами, поступает в окру­ жающую среду и нарушает динамическое равновесие экосистем.

Ресурсные циклы являются основой любой промышленной тех­ нологии. Во многих случаях инженерные решения ориентированы на получение желаемого конечного продукта без учета образую­ щихся отходов и выбросов в окружающую среду. Сжигание есте­ ственных видов топлив в энергетических установках приводит к поступлению в окружающую среду таких количеств оксидов угле­

–  –  –

не могут переработать необходимое количество С0 2, поступающее в окружающую среду в результате естественных и техногеиных процессов. Природный цикл по диоксиду углерода уже сегодня нарушен.

–  –  –

жающей среды.

Под термином "загрязнение окружающей среды" понимает­ ся поступление в естественную природную среду любых веществ и энергий, вызывающих изменение ее состава и свойств и оказыва­ ющих вредное воздействие на живую и неживую природу.

Антропогенные факторы загрязнения и разрушения окружа­ ющей среды можно объединить в следующие группы:

· атмосферные - химическое, механическое, энергетическое загрязнение атмосферы;

·водные: а) истощение, загрязнение поверхностных и под­ земных вод суши; б) загрязнение прибрежных и поверхностных вод Мирового океана;

· почвенные - эрозия, дефляция, дегумификация, загрязне­ ние, засоление, заболачивание, иссушение продуктивных слоев суши;

· геолого-морфологические - интенсификация экзогенных процессов образования оврагов, оползней, селевых потоков, мер­ злоты и т.п.;

· биоЛогические - деградация растительного покрова, паст­ бищ, сведение лесов, обеднение генофонда, снижение биологи­ ческого разнообразия, биогенная аккумуляция вредных веществ;

комплексные (ландшафтные) нарушение генетической целостности и естественной структуры ландшафтов, уникальнос­ ти памятников природы, потеря продуктивных земель и т.п.

Распределение загрязнений от объектов производственной и хозяйственной деятельности человека в окружающей среде проис­ ходит в результате их естественного и техногеиного рассеивания в атмосфере, гидросфере и литосфере (табл. 5.4).

Техногеиное рассеивание происходит в результате организо­ ванных выбросов продуктов антропогенной деятельности в окру­ жающую среду. Это, например, организация выбросов технологи­ ческих газов в атмосферу через дымовые трубы, слив сточных вод в реки и водоемы, организация свалок мусора, отходов и др.

Загрязнители, поступающие в окружающую среду, подверга­ ются воздействию естественных физико-химических процессов. В результате они могут рассеиваться на большие расстояния от их источника (перенос аэрозолей в атмосфере), образовывать соедине­ ния с другими компонентами среды (например, серной кислоты so2 и атмосферной влаги), активировать процессы в из выбросов биосфере (например, разрушение озона под действием фреонов).

154 Экология

–  –  –

Целлюлозно-бумажная промышленность Целлюлоза, бумага Зола, шлак, щлам Энергетика, металлургия Пластмассы, органические Химическая промышленность вещества

–  –  –

Пестициды Сельское хозяйство Ионы тяжелых металлов Металлургия, машиностроение Красители, фенолы Текстильная промыщленность Органические растворители Химическая промышленность Синтетические поверхно- Городские стоки стно-активные вещества (СПАВ) Антропогенное воздействие на биосферу вызывает не только ее загрязнение, но и разрушение в ряде случаев экасистем из-за нарушения естественных биогеохимических процессов.

Раздел Экология человека и антроnогенное изменение биосферы 2.

5.2. Антропогенное воздействие на атмосферу

–  –  –

5.5 Наряду с приведеиными в табл. веществами, в атмосферу поступают промышленные выбросы, содержащие органические и неорганические соединения в газообразном и жидкофазном со­ стоянии (альдегиды, меркаптаны, соединения тяжелых металлов, радиоактивные газы и др.).

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасыва­ ется с выхлопными газами транспортных средств (автомобили, тепловозы, самолеты, ракеты), содержащих до различных ве­ NOx, ществ, в том числе СО 2, СО, углеводороды (этан, метан и др.), бензапирен, тетраэтилсвинец, сажу. В среднем автомобиль с бензиновым двигателем на 15 тыс. км пробега потребляет 4350 кг кислорода и выбрасывает 3250 кг диоксида углерода, 530 кг окси­ да углерода, 98 кг углеводородов, 27 кг оксидов азота.

Весьма существенный вклад в загрязнение атмосферы вносят предприятия теплоэнергетики, металлургической, химической про­ мышленности и промышленности строительных материалов.

–  –  –

рующее насыщение атмосферы соединениями тяжелых металлов.

1т Например, из пыли, выбрасываемой в атмосферу при плавке медных руд, можно извлечь до кг меди и несколько меньше свинца и цинка. При сжигании углей в окружающую среду выбра­ сываются газы, содержание в которых некоторых веществ больше,

- в 1,5 раза, молибдена чем добывается из недр планеты: магния в3, урана, титана - в 10, алюминия, кобальта, иода - в 15, ртути - в 50, лития, ванадия, стронция, бериллия, циркония - в 100, галлия, германия - в 1000, иттрия - в десятки тысяч раз.

Рассеивание выбросов, поступающих в атмосферу, опреде­ ляется ее циркуляцией. Характер движения воздушных масс зави­ сит от их температурного поля (распределение температур вдоль поверхности Земли и по нормали к ней), распределения давлений и плотностей атмосферных фронтов. Поэтому кроме крупномасш­ табных воздушных течений, перемешающих выбросы на сотни и тысячи километров, возникают многочисленные локальные (мес­ тные) циркуляции в нижних слоях атмосферы. Эти циркуляции связаны не только с состоянием атмосферы, но и с географичес­ кими, геологическими и другими особенностями местности, где располагаются источники выбросов загрязнений в атмосферу. В крупных промышленных городах и на прилегающих к ним терри­ ториях загрязнение атмосферы зачастую в десятки-сотн~ раз выше в приземном слое, чем в верхних слоях атмосферы. Поскольку при устойчивом направлении ветров выбросы в атмосферу разных за­ грязнений отряда источников их образования объединяются с под­ ветренной стороны в общий шлейф, то в нем, во-первых, сглажи­ ваются особенности отдельных источников, во-вторых, образуют­ ся вторичные продукты трансформации загрязнений. Поэтому при крупномасштабных рассеиваниях выбросов от антропогенных ис­ точников в атмосфере находятся как первичные, так и вторич­ ные загрязнения.

Рассмотрим наиболее характерные последствия загрязнений атмосферы человеком. Типичными последствиями являются кис­ лотные осадки, парниковый эффект, нарушение озонового экра­ на, пьшевые и аэрозольные загрязнения от крупных промышлен­ ных центров.

–  –  –

споры растений.

Аэрозоли обычно представляют собой коллоидные системы, в которых диспергированы твердые частицы размерами О, 1-0,001 мкм, содержатся жидкофазные частицы, образующиеся в результате конденсации паров или при взаимодействии газов.

Атмосферная пыль и аэрозоли антропогенного происхождения образуются в результате промышленных выбросов. Зола и дымы об­ разуются при сжигании топлива в энергетических установках, в ре­ зультате физико-химических превращений в процессах выплавки металлов и сплавов, при дроблении, измельчении материалов и др.

Время пребывания частиц в атмосфере зависит как от их разме­ ров и плотности, так и от состояния атмосферы (скорости ветра, состава, температуры). Крупные частицы обычно не переносятся в верхние слои атмосферы и оседают в течение нескольких часов вблизи источников их образования с рассеиванием у земной поверх­ ности в подветренную сторону. Поэтому над крупными промышлен­ ными центрами образуются мощные скопления пьmей и аэрозолей.

Мелкие частицы (размер частиц меньше 1 мкм) имеют вре­ мя пребывания в нижних слоях атмосферы 10-20 суток, что дос­ таточно для их распространения на большие расстояния от источ­ ников образования. При этом за счет перемещений воздушных по­ токов они могут проникать в верхние слои тропосферы и из них в стратосферу.

Атмосферная пьmь и аэрозоли ослабляют солнечное излуче­ ние в результате рассеяния, отражения и логлощения лучистой энергии. При достаточно длительном сохранении интенсивных заг­ рязнений атмосферы это приводит к понижению температур И локальным изменениям климатических условий, что наиболее за­ метно в крупных городах и промышленных центрах.

Пьmь и аэрозоли играют заметную негативную роль в процес­ сах коррозии металлических и силикатных материалов из-за обра­ зования на поверхностях отложений. В них содержатся сульфаты и хлориды, удерживающие влагу, в которой могут растворяться кис­ лотные газы (S0 2 и HCl). Образующиеся кислоты, удерживаемые в отложениях, разрушают изделия из камня, стекла, металлов.

–  –  –

отрицательно сказывается на формировании костных тканей, обус­ лавливая заболевания рахитом. УФ-лучи уничтожают некоторые микроорганизмы, оказывая стерилизующее действие. Недостаток УФ-лучей повышает риск инфекционных бактериальных заболе­ ваний растений и животных.

В зонах интенсивных пылевых загрязнений возникает ряд спе­ цифических заболеваний. К ним, среди прочих, относятся силикоз и асбестоз, приводящие к изменениям тканей легких. Силикоз вы­ зывается кварцевой пьтью с размерами частиц около 3 мкм, асбес­ тоз иглами асбеста длиной более 5 мкм и сечением около 3 мкм.

В отличие от химически инертных частиц кварца и асбеста, действующих на организм чисто механически, мельчайшие части­ цы металлов или ионы металлов вызывают образование в крови токсических продуктов биохимических реакций в клетках. Особен­ но распространенными заболеваниями являются токсичные отрав­ ления свинцом, кадмием, алюминием, бериллием и их соединени­ ями, а также вспышки инфекционных заболеваний у людей, имев­ ших длительный контакт с металлической пылью вольфрама, ва­ надия, титана, пьтью ряда шлаков металлургических производств.

Многие виды пьтей антропогенного происхождения являются причинами аллергических заболеваний. При этом аллергеном моrут быть пьти как минерального, так и органического происхождения.

Гигроскопические пьmи могут обезвоживать поверхности листьев растений, образуя на них корку, что нарушает естественные про­ цессы обмена. Отложения ряда пьтей препятствуют процессу фото­ синтеза, отражая часть лучистой энергии в области длин волн 400нм. Наоборот, пьти, типичные для городов, поглощают инфра­ красное излучение, способствуя этим перегреву листьев растений.

Все это нарушает нормальный водный и температурный режим и в конечном счете снижает активность ферментов фотосинтеза.

–  –  –

нений во вкладе в кислотные осадки со стороны природных про­ цессов не происходило.

Значение рН среды чрезвычайно важно с экологической точ­ ки зрения. Это, прежде всего, процессы в живых организмах, связанные с действием ферментов, гормонов, регулирующих об­ мен веществ, рост и развитие. Особенно это сказывается на обита­ телях водоемов и рек, где организмы адаптировались к среде с = 6-7.

рН В подкисленной среде яйцеклетки, сперма и молодь вод­ ньrх обитателей гибнут. Изменения затрагивают пищевые цепи, со­ кращая сначала популяции птиц и животных, питающихся обита­ телями вод, а затем и хищников.

–  –  –

Под действием кислотных осадков существенно ускоряется коррозия металлов, нарушается целостность лакокрасочных по­ крытий, стекол, разрушаются здания и памятники архитектуры.

Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 161 Например, серная кислота взаимодействует с мрамором (СаСО 3 ) с образованием что приводит к "шелушению" изделий из CaS04, этого камня.

Из минеральных строительных конструкций и стекол выщелачиваются карбонаты и силикаты. Если рН среды меньше 3,0, то ионы алюминия вымываются из кристаллической решетки.

5.2.3. Нарушение озонового экрана

Верхние слои атмосферы в значительной степени определя­ ют условия жизни на Земле. Они выполняют роль защитного барь­ ера на пути излучений и частиц высоких энергий из Космоса. Осо­ бую опасность для биосферы представляет жесткое ультрафиоле­ товое излучение Солнца в диапазоне длин волн нм.

Известно, что более ультрафиолетового излучения Сол­ 99% нца поглощается слоем озона (О) на высоте в среднем км от поверхности Земли. Озон образуется в стратосфере, где под дей­ ствием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода диссо­ циируют с образованием атомарного кислорода.

На высотах 30-50 км от поверхности Земли атомарный кис­ лород взаимодействует с с образованием озона.

Естественные процессы круговорота озона в стратосфере нару­ шаются из-за его разрушения катализаторами, значительная доля которых техногеиного происхождения. Среди таких катализаторов наиболее важная роль принадлежит оксидам азота, а также ато­ мам хлора.

–  –  –

турные энергетические установки, в которых сжигается топливо, ракеты и сверхзвуковые самолеты.

Атомарный хлор образуется в результате фотохимического разрушения фреонов (фторхлорметанов): CF2CI 2 и CFC\ 3• Эти ве­ щества чисто антропогенного происхождения, летучи, устойчивы в тропосфере. Их источником являются холодильные установки и аэрозольные баллоны. С момента промышленного применения в 50-е годы ХХ века содержание фреонов в атмосфере увеличивает­ ся на в год.

5-10% В настоящее время учеными обнаружены зоны стратосферы с существенно сниженным содержанием озона. Такая озоновая "дыра" зафиксирована над Антарктидой в весенние месяцы года. Она имеет обширные области с практически нулевой концентрацией озона.

По оценкам специалистов, вклад каталитических процессов в раз­ ложение пока невелик. И хотя феномен "озоновой дыры" пока 162 Экология непонятен по источнику ее образования (естественный или ант­ ропогенный), но натурными измерениями установлено почти двух кратное превышение хлорсодержащих частиц в зоне антарктичес­ кой "дыры" по сравнению со средним значением.

Уменьшение озонового слоя, средняя толщина которого со­ ставляет мм, может привести к изменениям облачного 2,5-3,5 покрова Земли, нарушению теплового баланса атмосферы. Рост мощности ультрафиолетового излучения, достигающего поверх­ ности Земли, может оказать существенное влияние на биологи­ ческие и геохимические процессы. При существующем в настоя­ щее время уровне загрязнения атмосферы фторхлоруглеродами и оксидами азота концентрация озона за 10-20 лет уменьшится при­ мерно на При этом климатические условия у поверхности 17 %.

Земли почти не изменятся, но уровень ультрафиолетового излуче­ ния возрастет на 30 %. Действие этого излучения вызывает у орга­ низмов поверхностные ожоги, разрушает иммунную и генную сис­ темы, вызывает онкологические заболевания (рост дозы УФ-из­ лучения на 1 %ведет к увеличению раковых заболеваний на 2 %).

Парникавый эффект 5.2.4.

Под термино.м "парниковый эффект" понимается специфи­ ческое явление. Солнечная радиация, падающая на Землю, час­ тично поглощается поверхностью суши и океана, а 30 % ее отра­ жается в космическое пространство. Поглощенная энергия солнеч­ ной радиации преобразуется в теплоту и излучается в космос в диапазоне длин волн инфракрасного излучения. "Чистая" атмос­ фера прозрачнадля ИК-излучения, а атмосфера, содержащая пары трехатомных (парниковых) газов (воды, углекислого газа, окси­ дов серы и др.), поглощает инфракрасные лучи, благодаря чему происходит разогрев воздуха. Поэтому парникавые газы выполня­ ют функцию стеклянного покрытия в обычных садовых парниках.

Известно, что основным по значению "парниковым" газом являются водяные пары. За ним следуют С0 2, дающий сегодня по сравнению с началом :ХХ века прирост "парникового эффекта" на Np (6 %).

метан (18 %), фреоны (14 %), закись азота- На 49 %, остальные газы приходится около 13 % прироста.

Естественный "парниковый эффект" создает прирост сред­ ней температуры на поверхности Земли на ·с. При его отсут­ ствии средняя температура поверхности Земли, составляющая в настоящее время ·с, понизилась бы до ·с, т.е. началось бы 15 -15 глобальное оледенение.

Раздел 2. Экология человека и антропогенное изменение биосферы 163 Природное равновесие содержания в атмосфере "парнико­ вых" газов начиная с века претерпело серьезные нарушения.

XVIII За лет содержание метана в атмосфере увеличилось в три раза вследствие антропогенного влияния (добыча ископаемых видов топлива, рисовые поля, биохимические процессы разложения бытовых отходов и др.).

Рост концентрации СО, сначала происходил из-за массовой вырубки лесов, потреблявши-х углекислый газ на синтез биомассы растений. С начала XIX века определяющую роль приобретают вы­ бросы С0 2 с продуктами сжигания ископаемых топлив, техноло­ гических и попутных газов. Общее вьщеление СО 2 в результате ан­ % от тропогенной деятельности составляет ежегодно О, 7 его есте­ ственного содержания в атмосфере. При этом промышленность уве­ 3,5 %, личивает выбросы СО, ежегодно на что сегодня составляет 30 млрд. т/год. Это означает, что ежегодно в конце ХХ века средняя 3,4 % в концентрация со2 постоянно увеличивается примерно на ± 2 % от год, имея сезонные колебания среднего значения.

Из антропогенных источников поступления СО 2 в атмосферу наибольший вклад дают предприятия энергетики и металлургии, транспорт, использующий двигатели внутреннего сгорания. На­ пример, воздушный лайнер за 7 часов полета потребляет на сжи­ гание топлива около 35 т кислорода. Количество С0 2, выбрасывае­ мого в атмосферу, на 37,4% больше. Причем наибольшее загряз­ нение атмосферы С0 2 имеет место в промышленно развитых стра­ нах. В Северной Америке оно в 2 раза больше, чем в Южной Аме­ рике, и в раз больше, чем в странах Юга-Восточной Азии (кро­ ме Японии).



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Похожие работы:

«Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Казанский государственный медицинский университет” Министерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра биохимии и клинико-лабораторной диагностики Факультет: Медико-биологический Специальность: медицинская биохимия Курс:...»

«Валерий Борисович Гусев Хозяин черной жемчужины Серия "Дети Шерлока Холмса", книга 40 Текст предоставлен издательством "Эксмо" http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=177962 Хозяин черной жемчужин...»

«Администрация города Нижнего Новгорода Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Школа №138"Рассмотрено: Согласовано: Утверждаю: на заседании ШМО Заместитель директора Директор протокол №1 от _Т.Г. Чикалова Л.С. Царько...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИ...»

«Институт законодательства и сравнительного правоведения при Правительстве Российской Федерации ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО О РЫБОЛОВСТВЕ И СОХРАНЕНИИ ВОДНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ПОСОБ...»

«А. С. АХИЕЗЕР Жизнеспособность российского общества Вынесенное в заголовок статьи понятие "жизнеспособность" является, быть может, центральной характеристикой любого общества. В России последних лет тема жизнеспособности, ра...»

«1 Зелная палочка. №2 Февраль 2013 МБОУ—гимназия №3 г. Тулы МБОУ— 2013 год объявлен Президентом Российской Федерации Годом охраны окружающей среды. Однако вопросами охраны окружающей сре...»

«198 Matters of Russian and International Law. 2017, Vol. 7, Is. 4A УДК 349.6 Publishing House ANALITIKA RODIS ( analitikarodis@yandex.ru ) http://publishing-vak.ru/ Особенности и специфика объекта экологического прав...»

«Гандзюра В.П., Гандзюра Л.А., 2008. Подходы к оценке качества вод и состояния экосистем в условиях антропогенной нагрузки //М-лы Междунар. конф. по водной токсикологии и гидроэкологии "Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы. Критерии оценки качества вод...»

«Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. Самарская Лука. 2009. – Т. 18, № 1. – С. 119-126. УДК 591.5:598.113.6 ЖИВОРОДЯЩАЯ ЯЩЕРИЦА, LACERTA VIVIPARA, КАК ИНТЕГРАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ © 2009 Д.В. Семенов Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, г. Москва (Россия)...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"...»

«Мензбирлік орнитологиялы оамы л-Фараби атындаы аза лтты университеті азастан Республикасы БМ К "Зоология институты" РМК СОЛТСТІК ЕУРАЗИЯНЫ XIV ХАЛЫАРАЛЫ ОРНИТОЛОГИЯЛЫ КОНФЕРЕНЦИЯСЫ (Алматы, 18-24 тамыз 2015 ж.) I. Тезистер Бізді демеушілеріміз: "Мензбирлік орнитологиялы...»

«Правила оформления статей для публикации в журнале"Владикавказский медико-биологический вестник" К публикации в журнале "ВМБВ" принимаются оригинальные статьи на русском и...»

«Українська ентомофауністика 2011, 2(2) : 1–9 Дата публікації: 18.04.2011 Чехликовые моли (Lepidoptera, Coleophoridae): к фауне степной зоны Украины Ю. И. Будашкин Карадагский природный заповедник НАН Украины ул. Науки, 24 98188 п/о Курортн...»

«206 Matters of Russian and International Law. 2017, Vol. 7, Is. 4A УДК 349.6 Publishing House ANALITIKA RODIS ( analitikarodis@yandex.ru ) http://publishing-vak.ru/ Механизм возникновения права пользования природными ресурсами в современном экологическом законодательстве Митякин...»

«ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ УДК 349.6 ББК 67.407 С.Н. ОВЧИННИКОВ Таможенно-правовые средства охраны природы: опыт АСЕАН Рассматриваются экологические аспекты таможенного регулирования в странах АСЕАН: защита видов животных и...»

«Светлова Марина Всеволодовна КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПРИМОРСКИХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ) Специальность 25.00.36 – Геоэкология (Науки о Земле) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук Научный руководитель: д.г.н., профессор Денисов В.В...»

«ОРГАНИЗАЦИЯ ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ ЕВРОПЕЙСКАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ Нью-Йорк, Женева, 1996 г. ЗАЩИТА ТРАНСГРАНИЧНЫХ ВОД Пособие для политиков и лиц, принимающих решения ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. РУКОВОДСТВО ПО МОНИТОРИНГУ И ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ ТРАНСГРАНИЧНЫ...»

«1.2016 СОДЕРЖАНИЕ CONTENTS АГРОЭКОЛОГИЯ AGROECOLOGY Санжарова Н. И., Молин А. А., Козьмин Г. В., Ко Sanzharova N. I., Moline A. A., Koz’min G. V., Ko бялко В. О. Радиационные агробиотехнологии: byalko V. O. Radiation agricultural biotechn...»

«АДМИНИСТРАЦИЯ АКСАЙСКОГО РАЙОНА ПОСТАНОВЛЕНИЕ № 12. 10. 2016 459 г. Аксай Об утверждении административного регламента по предоставлению муниципальной услуги "Устранение технических ошибок в правоустанавливающих документах о предоставлении земельного участка, принятых органами местного самоуправления" В соответ...»

«ПРЕДСТАВИТЕЛИ АКЦИОНЕРА В НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ СОВЕТАХ: ОПЫТ ДТЭК Евгений Круть Менеджер Департамента по корпоративному управлению ДТЭК ДАТА: 03.06.2016, Г. КИЕВ КОНФИДЕНЦИАЛЬНО ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ. "ВЫ НЕ ПОМНИТЕ, КТО ТАКИЕ ЮРИДИЧЕСКИЕ ЛИЦА В НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ СОВЕТАХ, ЭТОГО НЕ БЫЛО!!!" Сноски ЧТО НАМ ГОВОРИТ ЗАКОН? С 01.05.2016 в...»

«ISSN 1727-9712 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ГИГИЕНЫ ТРУДА И ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ЕБЕК ГИГИЕНАСЫ ЖНЕ МЕДИЦИНАЛЫ ЭКОЛОГИЯ ГИГИЕНА ТРУДА И МЕДИЦИНСКАЯ ЭКОЛОГИЯ № 2 (47), 2015 г. OCCUPATIONAL HYGIENE and MEDICAL ECOLOGY ЕЖЕКВАРТАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ КАРАГАНД...»























 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.