Ключевые слова – природные ресурсы, устойчивое развитие, общество, природа, охрана окружающей среды, рациональное природопользование, безотходные технологии, полезные ископаемые.
Основные вопросы и краткое содержание:
1. Роль природы в становлении и развитии человеческого общества
2. Глобальные экологические проблемы современности, причины их возникновения и последствия. Экологические проблемы, связанные с интенсификацией сельского хозяйства и промышленности
3. Физическое, химическое и биологическое загрязнение окружающей среды и их эколого-генетические последствия.
В истории взаимодействия человека и природы можно выделить ряд периодов. Биогенный период охватывает эпоху палеолита. Основные виды деятельности первобытного человека – собирательство, охота на крупных животных. Человек в это время вписывался в биогеохимические циклы, поклонялся природе и был ее органической частью. К концу палеолита человек становится видом-монополистом и исчерпывает ресурсы своей среды обитания: истребляет основу своего пищевого рациона – крупных млекопитающих (мамонтов и крупных копытных). Это приводит к первому экологическому и экономическому кризису: человечество утрачивает свое монопольное положение, его численность резко сокращается. Единственное, что могло спасти человечество от полного исчезновения, – это изменение экологической ниши, то есть образа жизни. С эпохи неолита начинается во взаимодействии человечества с природой новый период – аграрный. Эволюция человека не прервалась лишь потому, что он стал создавать искусственные биогеохимические циклы – изобрел земледелие и животноводство, тем самым качественно изменил свою экологическую нишу. Необходимо отметить, что, преодолев экологический кризис путем неолитической революции, человек выделился из остальной природы. Если в палеолите он вписывался в естественный круговорот веществ, то, освоив земледелие и животноводство, полезные ископаемые, он стал активно вмешиваться в этот круговорот, вовлекать в него вещества, накопленные ранее. Именно с аграрного периода в истории начинается техногенная эпоха. Человек активно преобразует биосферу, использует закономерности природы для достижения своих целей. В неолите численность человечества возросла от миллионов к десяткам миллионов. Одновременно возросла численность домашних животных (крупный рогатый скот, лошади, ослы, верблюды) и синантропных видов (домашние мыши, черная и серая крысы, собаки, кошки). Расширяя земледельческие угодья, наши предки сжигали леса. Но из-за примитивности земледелия такие поля быстро становились непродуктивными, и тогда сжигались новые леса. Сокращение лесных площадей приводило к снижению уровня рек и грунтовых вод. Все это влекло за собой изменения в жизни целых сообществ и их разрушение: леса сменялись саваннами, саванны и степи – пустынями. Так, экологическим результатом неолитического животноводства явилось возникновение пустыни Сахары. Исследования археологов показали, что еще 10 тыс. лет назад на территории Сахары была саванна, где жили бегемоты, жирафы, африканские слоны, страусы. Вследствие перевыпаса крупного рогатого скота и овец человек превратил саванну в пустыню. Важно подчеркнуть, что опустынивание огромных территорий в эпоху неолита явилось причиной второго экологического кризиса. Из него человечество выходило двумя путями: - продвижением по мере таяния ледников на север, где освобождались новые территории; - переходом к поливному земледелию в долинах великих южных рек – Нила, Тигра и Евфрата, Инда, Хуанхе. Именно там возникли древнейшие цивилизации (египетская, шумерская, древнеиндийская, древнекитайская). Аграрный период завершился эпохой Великих географических открытий. Открытие Нового света, островов Тихого океана, проникновение европейцев в Африку, Индию, Китай, Центральную Азию неузнаваемо изменили мир, привели к новому наступлению человечества на дикую природу. Следующий – индустриальный – период охватил время с XVII в. до середины XX в. Численность человечества к концу этого периода сильно возросла, достигнув 5 млрд. Если в начале периода природные экосистемы могли справляться с антропогенными воздействиями, то к середине XX в. в связи с увеличением народонаселения, темпов и масштабов производственной деятельности возможности самовосстановления экосистем оказались исчерпанными. Сложилась ситуация, при которой дальнейшее развитие производства становится невозможным из-за истощения невосполнимых природных ресурсов (запасов руд, горючих ископаемых). Экологические кризисы приобрели планетарные масштабы, так как деятельность человека изменила циклы круговорота веществ. Перед человечеством возник целый ряд глобальных экологических проблем: резкие изменения природной среды, разрушение мест обитания привели к угрозе вымирания 2/3 существующих видов; стремительно сокращается площадь «легких планеты» - уникальных влажных тропических лесов и сибирской тайги; из-за засоления и эрозии теряется плодородие почв; в атмосферу и гидросферу поступает огромное количество отходов производства, накопление которых угрожает жизни большинства видов, в том числе и человека. Однако в настоящее время наметился переход от индустриального к информационно-экологическому, или постиндустриальному периоду во взаимодействии общества и природы, который характеризуется экологическим мышлением, осознанием ограниченности ресурсов и возможностей биосферы в восстановлении экосистем. Стало очевидным, что экологически грамотное и рациональное природопользование – единственно возможный путь выживания человечества.
В процессе эволюции экосистемы подвергаются различным изменениям, которые, в конечном счете, приводят к состоянию относительного (динамического) равновесия. Природные системы стремятся сохранить стабильное равновесие под влиянием целого ряда внутренних компенсационных механизмов саморегуляции. Саморегуляция, или гомеостаз, характеризует способность экосистем противостоять изменениям ее абиотических и биотических компонентов и сохранять в течение значительного времени свойственную ей равновесность продуцирования и разложения органического вещества. Любое антропогенное воздействие, губительно влияющее на какую-либо популяцию, в конечном итоге приводит эту популяцию к гибели. Например, перенасыщение почвы минеральными удобрениями приводит к гибели дождевых червей или вынуждает их покинуть данное поле.
Всякое давление на экосистему, вызывающее стрессовое состояние, вызывает появление компенсаторных процессов. Природная система активно противостоит факторам техногенеза. Например, сооружение ирригационной сети в долинах пустынных рек Казахстана сопровождается постепенным заиливанием каналов, что может со временем привести к прекращению функционированию мелиоративной системы. Однако это противостояние имеет свои пределы.
Устойчивость экосистем резко нарушается в результате различного рода критических (кризисных) ситуаций, спровоцированных обычно влиянием внешних антропогенных факторов. Например, нарушение устойчивости экосистемы Аральского моря под влиянием уменьшения речного стока и связанного с этим снижением уровня водоема привело к формированию на осушившемся дне моря качественно иной геосистемы - солончаковой неопустыни. Впервые критическое состояние Аральского моря было отмечено еще в 1961г., когда началось бесповоротное изменение структуры природой системы этого замкнутого водоема.
Нарушение экологического равновесия, как уже отмечалось, главным образом обусловлено антропогенными факторами, воздействие которых может носить форму прямого кратковременного воздействия (например, залповый выброс промышленных стоков в речную систему) или пролонгированного воздействия (например, постоянный смыв химических удобрений в речную артерию).
Биосфера в целом является идеально отлаженной системой самоочищения и самовосстановления природной среды. Для снижения загрязнения окружающей среды отходами производства необходимо смоделировать и заимствовать у природы эти механизмы. Понятие, близкое по содержанию и функционированию биосферы и самоочищению среды, дает нам представление о замкнутом производственном цикле - повторное использование материальных ресурсов в производстве (например, оборотное водоснабжение). В процессе замкнутого производственного цикла обеспечивается экологически доброкачественное состояние природной среды.
Экологические проблемы стали возникать с первых дней существования человечества. Но только в последние два столетия, особенно начиная с 50-х годов 20 столетия, экологические проблемы стали угрожать существованию биосферы. Экологические проблемы обусловлены, прежде всего, загрязнением окружающей среды, воздушного бассейна и Мирового океана, истощением природных ресурсов. Экологическая проблема, включающая вопросы охраны окружающей среды и рационального природопользования, является глобальной проблемой, затрагивающей интересы всего шестимиллиардного населения нашей планеты, интересы всех без исключения государств, интересы каждого человека. Поэтому любые экономические и политические решения, которые нарушают научно-обоснованные медицинские, экологические или иные требования к окружающей среде, являются в принципе неприемлемыми.
Все организмы выделяют в окружающую среду продукты распада, образующиеся в процессе их жизнедеятельности. Это СО2, экскременты, непереваренные остатки пищи и др. Продукты распада делают среду менее благоприятной для тех живых организмов, которые их образуют. Но в сбалансированной экосистеме выделения одного организма служат пищей другому, поэтому продукты распада в среде не накапливаются. Загрязнение среды возникает в тех случаях, когда выделения не уничтожаются с той же скоростью, с которой они образуются. Загрязнение - это превышение естественного уровня различных веществ в среде и привнесение в среду новых, не характерных для нее веществ.
Загрязнители по их воздействию на живые организмы подразделяются на физические, химические и биологические. К физическим относятся: радиоактивные элементы, тепловое загрязнение (повышение t), шумы и низкочастотные вибрации (инфразвук); к химическим - производные углерода, серы, азота, фтора, твердые примеси, моющие средства, пластмассы, пестициды, минеральные удобрения, органические вещества, тяжелые металлы; к биологическим – патогенные микроорганизмы, вирусы, водоросли и др.
Наиболее интенсивно загрязняют поверхностные воды такие отрасли промышленности, как металлургическая, химическая, целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая. Основными загрязняющими веществами в сточных водах этих отраслей промышленности являются нефть, цветные металлы, сложные химические соединения. Нефть и нефтепродукты очень плохо подвергаются биологическому разложению, отрицательно влияют на развитие икры и мальков, на численность и состав сообщества водных экосистем. Среди загрязнителей водной среды особое место занимают различные моющие средства (поверхностно-активные синтетические вещества, плохо подвергающиеся разложению микроорганизмами) - детергенты, производство которых интенсивно развивается во всех странах. В результате применения детергентов происходит значительное увеличение содержания фосфатов в реках и водоемах, что приводит к интенсивному развитию в водных экосистемах растительности, размножению водорослей, к истощению кислорода в водной массе. Все это приводит к так называемому "цветению" водоемов (эвтрофикации).
Сильно загрязняют водные бассейны и коммунальные (бытовые) сточные воды. Но если объемы промышленных стоков и количество загрязняющих в них веществ могут быть уменьшены за счет изменения технологии производства, то для коммунальных стоков характерно постоянное нарастание их объема, обусловленное ростом численности населения.
В процессе эволюции Земли сложился определенный фоновый состав атмосферы: N2- 78 %, O2- 21 %, CO2- 0,028 %, инертных газов (например, аргон) – 1 %. Эти компоненты не задерживают отраженные инфракрасные (тепловые) лучи и тем самым создают оптимальные условия для жизни на Земле. Однако антропогенная деятельность в настоящее время стала способствовать избыточному появлению и накоплению второстепенных газов и других примесей и увеличению содержания СО2. Процентное фоновое содержание СО2 в атмосфере увеличилось с 0,028 % (1950 г.) до 0,034 % (1985 г.) Такое увеличение СО2 ведет к дисбалансу газового состава атмосферы.
Многие загрязнители обладают высокой токсичностью и вызывают различные нарушения в живых организмах, в частности человека, приводящие к различным заболеваниям, снижению иммунитета. Особую тревогу вызывает и тот факт, что многие загрязнители, как, например, соли тяжелых металлов, пестициды, детергенты и другие, обладают мутагенной и канцерогенной активностью, вызывая наследственные патологии и раковые заболевания.
Интенсификация загрязнения окружающей среды приводит к появлению глобальных экологических проблем, к которым относятся:
Парниковый эффект – эффект разогрева приземного слоя воздуха, вызванный тем, что атмосфера поглощает длинноволновое (тепловое) излучение земной поверхности, в которое превращается большая часть световой энергии Солнца, достигшей Земли. Усиливается повышением концентрации в атмосфере парниковых газов – диоксида углерода, метана, оксидов азота и паров воды, что ведет к потеплению климата.
Опустынивание – появление под влиянием хозяйственной деятельности человека ландшафтов, близких к пустынным, с редким растительным покровом; деградация, снижение биологической продуктивности экосистем.
Кислотные дожди – выпадение осадков, в которых содержатся серные и азотные кислоты.
Сокращение биологического разнообразия – разнообразия форм и процессов в органическом мире, проявляющееся на молекулярно-генетическом, популяционном и биоценозном уровнях организации живого. Биологическое разнообразие обеспечивает непрерывность жизни во времени и поддерживает функциональную структуру биосферы и составляющих ее экосистем.
Разрушение озонового слоя – слоя атмосферы (стратосферы) с повышенным содержанием озона (О3), расположенного на высоте 18-23 км, который защищает живые организмы от жестких ультрафиолетовых лучей.
Вопросы для самоконтроля:
1. Перечислите и охарактеризуйте основные этапы взаимодействия общества и природы
2. Что такое загрязнение природной среды, основные виды загрязнения?
3. Каковы причины появления глобальных экологических проблем?
4. Какова роль озонового экрана и причины его разрушения
5. Причины и следствие парникового эффекта
6. Как кислотные осадки влияют на природные системы?
7. Что является причиной сокращения биологического разнообразия?
Рекомендуемая литература:
1. Акимова Т.А., Хаскин В.В.. Экология. Человек-экономика-биота-среда., М., «ЮНИТИ», 2007.
2. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М., «ФАИР-ПРЕСС»,2003.
3. Никаноров А.М., Хорунжая Т.А.. «Глобальная экология», М., ЗАО, «Книга сервис», 2003.
5. Бигалиев А.Б., Халилов М.Ф., Шарипова М.А. Основы общей экологии Алматы, «Қазақ университеті», 2007.
6. Колумбаева С.Ж., Бильдебаева Р.М. Общая экология. Алматы, «Қазақ университеті», 2006.