Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Общая экология
1. Краткая история экологии. Определение, предмет и задачи экологии.
Структурные разделы экологии. Взаимосвязь экологии с другими науками.
Краткая история: первый этап развития науки-накопление фактического материала и первый опыт его систематизации: Древнеиндийские сказания «Махабхарата» описано примерно 50 видов животных, повадки, питание. Аристотель (384-322 до н.э) история о животных, классификация животных по экологическим признакам. Второй этап –крупномасштабные ботанико-географические исследования в природе: Гумбольдт(1845) география растений, Дарвин (1859) эколог.наблюдения за видами, естественный отбор. Третий этап-отделение экологии от других наук: Геккель (1866) понятие экологии, Тенсли (1935) понятие экосистема(относительно устойчивая система динамического равновесия, в которой организмы и неорганические факторы являются полноправными компонентами.), Сукачев (1942) понятие биогеоценоз(совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенные типы обмена веществом и энергией их между собой и с другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии). Впервые термин и общее определение экологии было сделано немецким биологом Э. Геккелем в 1866 гВ целом экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов и взаимодействия их со средой обитания. Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяция, биоценозы) и их динамика во времени и пространстве. (Популяция – группа особей одного вида, населяющих определённую территорию, имеющую единый генофонд и свободно скрещивающихся друг с другом. Биоценоз— это исторически сложившаяся совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (определённый участок суши или акватории), и связанных между собой и окружающей их средой.) ^ Задачи экологии - изучение закономерностей размещения живых организмов в пространстве, изменения численности организмов, потока энергии через живые системы и круговорота веществ и т.д. Общая экология подразделяется на Аутэкология - изучает взаимодействие особи с окружающей средой. Демэкология - популяционная экология. Синэкология - экология сообществ. Экология прикладная - разрабатывает нормы использования природных ресурсов среды, принципов рационального использования природных ресурсов, изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса.
Экология социальная - научная дисциплина, исследующая взаимоотношения и взаимосвязи человеческого общества со средой природной. Экология, как комплексная дисциплина, тесно связана с другими естественными и общественными науками. Экологическая трактовка необходима при решении определенных задач в области ботаники, зоологии, физиологии, морфологии, систематики, биогеографии, эволюционного учения, генетики, биотехнологии. Экология развивается на природоведческих условиях, вбирает новейшие достижения точных наук – математики, физики, химии, обогащая их, в свою очередь, представлениями о единстве, взаимосвязи живого и неживого.
2. Факторы среды и общие закономерности их действия на организмы. Интенсивность факторов. Понятие экологической пластичности.
Среда — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Условия жизни, или условия существования, — это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может. Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Многообразие экологических факторов подразделяется на группы: абиотические, биотические и антропогенные . Абиотические факторы — свойства не живой природы, влияющие на организм. Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Антропогенные факторы- влияние человека. Влияние факторов среды определяется прежде всего их воздействием на обмен веществ организмов. Отсюда все экологические факторы по их действию можно подразделить на прямодействующие и косвеннодействующие. Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект — пессимумом, т. е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами кот. Существование организма не возможно. Диапазон действия фактора между критическими точками наз зоной толерантности (выносливости).
Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием «экологическая пластичность» (экологическая валентность) вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность. Экологически выносливые виды называют эврибионтными (eyros — широкий): маловыносливые — стенобионтными (stenos — узкий). Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим, или лимитирующим. Понятие о лимитирующих фактоpax было введено в 1840 г. химиком Ю. Либихом. Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. В. Шелфорд (1913), сформулировавший закон толерантности . «Лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору».Вывод: Экологически значимые факторы характеризуют валентность видов к этому фактору, от этого и зависит пластичность видов.
3. Основные абиотические факторы воздушно-наземной среды обитания: освещенность, температура, влажность воздуха, эдафические факторы. Группы живых организмов по отношению к этим факторам.
АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – свойства не живой природы кот прямо или косвенно влияют на жив организмы.
Среди абиотических факторов выделяют:
1.1 Важнейшие процессы, протекающие у растений и животных с участием света
Фотосинтез. В среднем 1—5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез — источник энергии для всей остальной пищевой цепи. (Общая упрощенная формула фотосинтеза выглядит так:
6СО 2 +6Н 2 О+энергия света=С 6 Н 12 О 6 +6О 2 ↑) Транспирация. Примерно 75% падающей на растения солнечной радиации расходуется на испарение воды и таким образом усиливает транспирацию. Фотопериодизм. Важен для синхронизации жизнедеятельности и поведения растений и животных (особенно размножения) с временами года.
Зрение у животных. Одна из главных сенсорных функций. Прочие процессы. Синтез витамина D у человека. Длительное воздействие ультрафиолетовых лучей может вызывать повреждение тканей, особенно у животных. Выработались защитные приспособления — пигментации, поведенческие реакции избегания и т. д. По отношению к свету различают следующие экологические группы растений. Световые виды - гелиофиты. Теневые растения – сциофиты. Теневыносливые растения - факультативные гелиофиты.
1.2.Тепловой режим — важнейшее условие существования живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла является солнечное излучение. Температурный фактор характеризуется ярко выраженными как сезонными, так и суточными колебаниями. В ряде районов Земли это действие фактора имеет важное сигнальное значение в регуляции сроков активности организмов, обеспечении их суточного и сезонного режимов жизни. Значение температуры заключается и в том, что она изменяет скорость протекания физико-химических процессов в клетках, отражающихся на всей жизнедеятельности организмов. Температура влияет на анатомо-морфологические особенности организмов, ход физиологических процессов, их рост, развитие, поведение и во многих случаях определяет географическое распространение растений и животных. по отношению к температуре все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые. Холодолюбивые организмы, или криофилы, способны жить в условиях сравнительно низких температур и не выносят высоких. Криофилы могут сохранять активность при температуре клеток до -8 и -10 °С, когда жидкости их тела находятся в переохлажденном виде. Характерно для представителей разных групп, например бактерий, грибов, моллюсков, членистоногих, червей и др. У теплолюбивых, или термофилов, жизнедеятельность приурочена к условиям довольно высоких температур. В зависимости от ширины интервала температуры, в которой данный вид может существовать, организмы делятся на эвритермные и стенотермные. Эвритермные организмы выдерживают широкие колебания температуры, стенотермные живут лишь в узких пределах. Беспозвоночные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать температуру тела в узких границах- пойкилотермные ( эктотермные) они больше зависят от тепла, поступающего извне, чем от того тепла, которое образуется в обменных процессах. Птицы и млекопитающие способны поддерживать достаточно постоянную температуру тела независимо от окружающей температуры - гомойотермные (теплокровные). Правило Тинеманна — сохранение и расселение видов растений ограничивает устойчивость к неблагоприятным абиотическим воздействиям (холод, жара) репродуктивных органов и незащищенных молодых растений. Правило Бергмана - среди сходных форм гомойотермных (теплокровных) животных наиболее крупными являются те, которые живут в условиях более холодного климата — в высоких широтах или в горах.
1.3.Влажность. Влажность среды нередко является фактором, лимитирующим распространение и численность организмов на Земле. Важными в жизни организмов являются и особенности распределения влаги по сезонам в течение года. Степень насыщения воздуха и почвы водяными парами имеет большое значение. В первую очередь это сказывается на жизни организмов, обитающих во влажных местах, как правило, из-за отсутствия у них механизмов, регулирующих потерю воды при транспирации и испарении, тогда как наружные покровы тела весьма непроницаемы. Влажность воздуха обусловливает периодичность активной жизни организмов, сезонную динамику жизненных циклов, влияет на продолжительность развития, плодовитость и их смертность. По отношению к влажности различают эвригигробионтные и стеногигробионтные организмы. Эвригигробионтные организмы приспособились жить при различных колебаниях влажности. Для стеногигробионтных организмов влажность должна быть строго определенной. По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на три основные экологические группы: гигрофильные (влаголюбивые); ксерофильные (сухолюбивые) делятся на склерофиты (не накапливают в себе влагу, а испаряют ее в большом количестве_) и суккуленты (накапливают в тканях большое количетво воды) и мезофильные (предпочитающие умеренную влажность). По способу регулирования водного режима наземные растения подразделяются на две группы: пойкилогидридные и гомеогидридные. Пойкилогидридные растения — это виды, не способные активно регулировать свой водный режим.Содержание воды в клетках находится в равновесии с давлением паров в воздухе или определяется его влажностью, зависит от его колебаний. К пойкилогидридным растениям относятся грибы, наземные водоросли, лишайники, некоторые мхи, из высших растений — тонколистные папоротники тропических лесов.Листья пойкилогидридных растений способны высыхать практически до воздушно-сухого состояния, а после смачивания вновь «оживают» и зеленеют. Гомеогидридные растения способны в определенных пределах регулировать потерю воды путем закрывания устьиц и складывания листьев.
2. Вся совокупность физических и химических свойств почвы, оказывающих экологическое воздействие на живые организмы относится к эдафическим факторамВажной характеристикой почвы является ее кислотность. Кислотность среды, определяемая водородным показателем (pH), является величиной, характеризующей концентрацию ионов водорода в растворе. Водные растворы могут иметь рН от 0 до 14. Нейтральные растворы имеют рН 7, кислая среда характеризуется значениями рН меньше 7, а щелочная - больше 7. Кислотность может служить индикатором скорости общего метаболизма сообщества. В связи с отношению к степени кислотности почвы можно выделить следующие экологические группы растений:
■ ацидофильные виды могут расти на кислых почвах с рН почвенного раствора менее 6,7);
■ нейтрофильные виды растут на почвах со значением рН близко к нейтральному;
■ базифильные виды малочувствительны к щелочной реакции и растут при рН более 7;
■ индифферентные виды могут произрастать на почвах с разным значением рН.
По отношению к плодородию почвы (валовому составу химических элементов) различают следующие экологические группы растений:
■ олиготрофы – растения бедных, малоплодородных почв (сосна обыкновенная);
■ мезотрофы – растения с умеренной потребностью к питательным веществам – большинство наших лесных растений;
■ эвтрофы– растения, требовательные к содержанию большого количества питательных веществ в почве
4. Основные абиотические факторы водной среды обитания: температура, освещенность, соленость, содержание растворенных газов, содержание биогенных элементов, водородный показатель. Особенности водной среды обитания: большая плотность и вязкость, температурная стратификация.
АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – свойства не живой природы, прямо или косвенно оказывающие влияние на организмы. По образу жизни водные растения подразделяют на две основные экологические группы: гидрофиты — растения, погруженные в воду только нижней частью и обычно укореняющиеся в грунте, и гидатофиты — растения, которые полностью погружены в воду, а иногда и плавающие на поверхности или имеющие плавающие листья. Температурный режим. Отличается в воде, во-первых, меньшим притоком тепла, во-вторых, большей стабильностью, чем на суше. Часть тепловой энергии, поступающей на поверхность воды, отражается, часть расходуется на испарение. В озерах и прудах умеренных широт термический режим определяется хорошо известным физическим явлением — вода обладает максимальной плотностью при 4°С. Вода в них четко делится на три слоя: верхний — эпилимнион, температура которого испытывает резкие сезонные колебания; переходный, слой температурного скачка, —металимнион, где отмечается резкий перепад температур; глубоководный (придонный) — гиполимнион доходящий до самого дна, где температура в течение года изменяется незначительно. Летом наиболее теплые слои воды располагаются у поверхности, а холодные — у дна. Данный вид послойного распределения температур в водоеме носит название прямой стратификации Зимой, с понижением температуры, происходит обратная стратификация. Поверхностный слой воды имеет температуру близкую к 0°С. На дне температура около 4°С, что соответствует максимальной ее плотности. Таким образом, с глубиной температура повышается. Это явление называют температурной дихотомией. Наблюдается в большинстве наших озер летом и зимой. В результате нарушается вертикальная циркуляция образуется плотностная стратификация воды, наступает период временного застоя — стагнация. Плотность воды. Вода отличается от воздуха большей плотностью. В этом отношении она в 800 раз превосходит воздушную среду. Плотность дистиллированной воды при температуре 4 °С равна 1 г/см3. Плотность же природных вод, содержащих растворенные соли, может быть больше: до 1,35 г/см3. В среднем в водной толще на каждые 10м глубины давление возрастает на 1 атмосферу. Высокая плотность воды отражается на строении тела гидрофитов. Плотность воды обеспечивает возможность животным организмам опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм. Опорность среды служит условием парения в воде. Именно к этому образу жизни приспособлены многие гидробионты. Световой режим. На водные организмы большое влияние оказывают световой режим и прозрачность воды. Интенсивность света в воде сильно ослаблена , так как часть падающей радиации отражается от поверности воды, другая поглощается ее толщей. Ослабление света связано с прозрачностью воды. Так, растения, живущие на поверхности воды, не испытывают недостатка света, а погруженные и особенно глубоководные относят к «теневой флоре». Им приходится адаптироваться не только к недостатку света, но и к изменению его состава выработкой дополнительных пигментов. Это прослеживается на известной закономерности окраски у водорослей, обитающих на разных глубинах. Поглощение света в воде тем сильнее, чем меньше ее прозрачность, что обусловлено наличием в ней частиц минеральных веществ (глина, ил). Уменьшается прозрачность воды и при бурном разрастании водной растительности в летний период или при массовом размножении мелких организмов, находящихся в поверхностных слоях во взвешенном состоянии. Световой день в воде значительно короче (особенно в глубоких слоях), чем на суше. Солевой режим. Содержание химических соединений (солей) в воде определяет ее соленость и выражается в граммах на литр или в промиле (°/од). По общей минерализации воды можно разделить на пресные с содержанием солей до 1 г/л, солоноватые (1-25 г/л), морской солености (26-50 г/л) и рассолы (более 50 г/л). Большинство водных обитателей пойкилосмотичны. Осмотическое давление в их теле зависит от солености окружающей среды. Пресноводные животные и растения обитают в среде, где концентрация растворенных веществ ниже, чем в жидкостях тела и тканей. Из-за разницы в осмотическом давлении вне и внутри тела в организм постоянно проникает вода, вследствие чего гид-робионты пресных вод вынуждены интенсивно удалять ее. У них хорошо выражены процессы осморегуляции. У простейших это достигается работой выделительных вакуолей, у многоклеточных — удалением воды через выделительную систему. Типично морские и типично пресноводные организмы не переносят значительных изменений солености и являются стеногалинными. Эвригалинных организмов, в частности животных, пресноводного и морского происхождения не так много. Газовый режим. Основными газами в водной среде являются кислород и углекислый газ. Остальные, такие, как сероводород или метан, имеют второстепенное значение. Кислород. Он поступает в воду из воздуха и выделяется растениями при фотосинтезе. Коэффициент диффузии кислорода в воде примерно в 320 тыс. раз ниже, чем в воздухе. Содержание кислорода в воде обратно пропорционально температуре. С повышением температуры и солености воды концентрация в ней кислорода понижается. В слоях, сильно заселенных животными и бактериями, может создаваться дефицит кислорода из-за усиленного его потребления. Среди водных обитателей значительно количество видов, способных переносить широкие колебания содержания кислорода в воде, близкие к его отсутствию. Это так называемые эвриоксибионты.Однако многие виды являются стеноксибионтными, т. е. могут существовать только при достаточно высоком насыщении воды кислородом, Углекислый газ. В водной среде живые организмы кроме недостатка света, кислорода могут испытывать недостаток доступной СО2, например растения для фотосинтеза. Углекислота поступает в воду в результате растворения СО2 содержащегося в воздухе, дыхания водных организмов, разложения органических остатков и высвобождения из карбонатов.Содержание углекислого газа в воде в 700 раз больше, чем в атмосфере. По отношению к содержанию кислорода все организмы делятся на аэробных (нуждающихся в повышенном содержании кислорода) и анаэробных (не нуждающихся в кислороде). Анаэробы делятся на факультативных (способных существовать и при наличии, и при отсутствии кислорода) и облигатных (не способных существовать в кислородной среде). Концентрация водородных ионов (рН) нередко сказывается на распределении водных организмов. Пресноводные бассейны с рН 3,7— 4,7 считаются кислыми, 6,95—7,3 нейтральными, с рН более 7,8 — щелочными. В пресных водоемах рН испытывает значительные колебания, нередко в течение суток. Морская вода более щелочная, и рН ее меньше изменяется, чем пресной. С глубиной рН уменьшается.
Вывод: в зависимости от абиотических факторов водную среду населяют организмы характерные для данной среды. Все они адаптированы. Абиотические факторы определяют вид и тип сообщества.
5. Биотические факторы. Гомотипические и гетеротипические, зоогенные и фитогенные биотические факторы.
биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Среди них обычно выделяют: 1) влияние животных организмов (зоогенные факторы); 2) влияние растительных организмов (фитогенные факторы); 3) влияние человека (антропогенные факторы). Клементс и Шелфорд (1939) взаимодействиям между различными организмами, населяющими данную среду, дали название коакций. 2 типа коаций: Гомотипические реакции ( взаимодействия между особями одного и того же вида(внутривидовая конкуренция)) и Гетеротипические реакции ( взаимоотношения между особями разных видов). Типы комбинаций: Нейтрализм — оба вида независимы и не оказывают друг на друга никакого влияния. Конкуренция — каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное действие. Виды конкурируют в поисках пищи, укрытий, мест кладки яиц-и т. п. Оба вида называют конкурирующими. Мутуализм — симбиотические взаимоотношения, когда оба сожительствующих вида извлекают взаимную пользу. Сотрудничество — оба вида образуют сообщество. Оно не является обязательным, так как каждый вид может существовать отдельно, изолированно, но жизнь в сообществе им обоим приносит пользу. Комменсализм — взаимоотношения видов, при которых один из партнеров получает пользу, не нанося ущерб другому(Среди комменсалов различают фолеоксенов, которые в норах и гнездах встречаются случайно, фолеофилов, встречающихся в этих убежищах чаще, чем в окружающей среде, и фолеобистов, которые проводят в них всю жизнь.). Аменсализм — тип межвидовых взаимоотношений, при котором в совместной среде один вид подавляет существование другого вида, не испытывая противодействия. Паразитизм — это форма взаимоотношений между видами, при которой организмы одного вида (паразита, потребителя) живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида (хозяина) в течение определенного времени.( Паразитов подразделяют на две основные категории: микропаразитов и макропаразитов . К микропаразитам относятся те, которые непосредственно размножаются внутри тела хозяина (вирусы, бактерии, простейшие). Микропаразиты растут в теле хозяина, но, размножаясь, образуют особые формы, которые покидают одного хозяина, чтобы заселить другого. Паразитоидные виды, которые вначале ведут себя как паразиты, щадя жизненно важные органы своего хозяина, а под конец развития, съедая своего хозяина, становятся настоящими хищниками. Различают виды: Монофаги — живущие за счет только одного хозяина. Олигофаги — живущие за счет нескольких, часто близких видов. Полифаги — нападающие на большое число видов. К ним относятся многие хищные млекопитающие и насекомые). .Хищничество — такой тип взаимоотношений, при котором представители одного вида поедают (уничтожают) представителей другого, т. е. организмы одного вида служат пищей для другого. Симбиоз — неразделимые взаимополезные связи двух видов, предполагающие обязательное тесное сожительство организмов, иногда даже с элементами паразитизма. При комменсализме выделяют нахлебничество, сотрапезничество, квартирантство. Нахлебничество — потребление остатков пищи хозяина, например взаимоотношения акул с рыбами-прилипалами. Сотрапезничество — потребление разных веществ или частей их одного и того же ресурса. Квартирантство — использование одними видами других (их тел или их жилищ) в качестве убежища или жилища. Зоогенные факторы Непосредственное живое окружение организма составляет его биотическую среду. Термином групповой эффект Grasse, Chauvin (1944) обозначили изменения, связанные с объединением животных в группы по две или более особей. Групповой эффект проявляется у многих видов, которые могут нормально размножаться и выживать только в том случае, если представлены достаточно крупными популяциями. Массовый эффект. Этот термин, предложенный Грассе, обозначает эффект, вызванный перенаселением среды, как правило, массовый эффект влечет за собой вредные для животных последствия, в то время как групповой эффект на них воздействует благоприятно. Фитогенные факторы Основные формы взаимоотношений между растениями (по В. Н. Сукачеву, Н. В. Дылису и др., 1964): Прямые (контактные) механические взаимодействия между растениями – охлестывание ветвями, сцепление стволов и корней, эпифитизм – использование в качестве субстрата одним растением другого и физиологические – паразитизм, симбиоз срастание корней.; Косвенные трансбиотические взаимоотношения между растениями (через животных и микроорганизмы) - роль животных в жизни растений состоит в участии в процессах опыления, распространения семян и плодов; Косвенные трансабиотические взаимоотношения между растениями (средообразующие влияния, конкуренция, аллелопатия - Химические выделения растений могут служить одним из способов взаимодействия между растениями в сообществе, оказывая на организмы либо токсичное, либо стимулирующее действие).
6. Структура и динамика популяции. Пространственные типы популяции. Численность и плотность популяции. Рождаемость и смертность, половозрастная структура популяции.
Популяция – группа особей одного вида, в течении большого числа поколений населяющих определённую территорию, имеющую единый генофонд и свободно скрещивающихся друг с другом. В зависимости от размеров занимаемой территории Н. П. Наумов (1963) выделяет три типа популяций: элементарные, экологические и географические . Элементарная, или микропопуляция, — это совокупность особей вида, занимающих какой-то небольшой участок однородной площади. В состав их обычно входят генетически Однородные особи. Экологическая популяция формируется как совокупность элементарных популяций. В основном это внутривидовые группировки, слабо изолированные от других экологических популяций вида, поэтому обмен генетической информацией между ними происходит сравнительно часто, но реже, чем между элементарными популяциями. Географическая популяция охватывает группу особей, населяющих территорию с географически однородными условиями существования. Географические популяции занимают сравнительно большую территорию, довольно основательно разграничены и относительно изолированы. Для географической популяции характерен генетический обмен. наиболее общим правилом является то, что индивиды любого живого вида всегда представлены не изолированными отдельностями, а их определенным образом организованными совокупностями. Это правило было сформулировано в 1903 г. С. С. Четвериковым (1880—1959) и получило название правила объединения в популяции. Численность популяции — это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. Плотность популяции определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема. Различают три типа распределения или расселения особей внутри популяции: равномерное, случайное и групповое. Рождаемость — это способность популяции к увеличению численности. Характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная (общая) рождаемость — число новых особей, появившихся за единицу времени. Удельная рождаемость выражается в числе особей на особь в единицу времени. Правило максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей. Оно достигается в идеальных условиях, когда отсутствуют лимитирующие экологические факторы и размножение ограничено лишь физиологическими особенностями вида. Смертность популяции — это количество особей, погибших за определенный период. Абсолютная (общая) смертность — это число особей, погибших в единицу времени. Удельная смертность выражается отношением абсолютной смертности к численности популяции. Различают три типа смертности. Первый тип смертности характеризуется одинаковой смертностью во всех возрастах. Выражается экспоненциальной кривой. Второй тип смертности характеризуется повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития и свойствен большинству растений и животных. Третий тип смертности отличается повышенной гибелью взрослых, в первую очередь старых, особей.
По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный (до размножения), репродуктивный (в период размножения) и пострепродуктивный (после размножения). При благоприятных условиях в популяции имеются все возрастные группы и поддерживается сравнительно стабильный уровень численности. На возрастной состав популяции помимо общей продолжительности жизни влияют длительность периода размножения, число генераций в сезон, плодовитость и смертность разных возрастных групп. Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1, так называемое соотношение полов. Но из этого не следует, что такое же соотношение характерно для популяции в целом.
7. Внутривидовые взаимоотношения в популяциях. Колебания численности и гомеостаз популяции. Экологические стратегии популяций.
Все особи, входящие в популяцию, обладают и общностью происхождения, и многочисленными специфическими приспособлениями к совместной жизни. Эти приспособления, названные С. А.Северцовым (1951)конгруэнциями, охватывают морфофизиологические и этологические (поведенческие) черты. Сюда можно отнести: особенности строения, обеспечивающие встречи разнополых особей, размножение, выращивание молодняка, приспособления, обеспечивающие расселение или объединения в стаи. Взаимоотношения между членами популяции зависят прежде всего от того, одиночный или групповой образ жизни свойствен виду. Колонии — групповые поселения оседлых животных, которые могут существовать длительное время или создаваться на период размножения, как у птиц. Стаи — временные объединения животных, которые проявляют биологически полезную организованность действий. Стада — более длительные и постоянные объединения животных по сравнению со стаями. Агрессия — это форма связей, характеризующаяся истреблением особей своего вида. В отдельных случаях агрессия представлена каннибализмом, или пожиранием особей своего вида. Внутривидовая конкуренция (за пищу, полового партнера, жизненное пространство, место для размножения и др.) В связи с размерами ареала популяций может значительно изменяться и численность особей в популяциях. Принцип минимального размера популяций - Выход за пределы минимума грозит для популяции гибелью. Ю. Одум (1975) формирует правило популяционного максимума. Численно популяционный максимум равен произведению верхней пороговой величины плотности (за которой начинаются процессы, порождаемые ресурсной недостаточностью) и потенциально пригодной для существования популяции среды как комплекса абиотических и биотических факторов. Совокупность всех факторов, способствующих увеличению численности популяции, называется биотическим потенциалом. Поддержание определенной численности или равновесное состояние получило название гомеостаза популяций. изменение популяции какого-либо вида — это результат нарушения равновесия между ее биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей среды. Экологическая стратегия популяции — это ее общая характеристика роста и размножения. Применительно к животным принято выделять два основных типа экологических стратегий: r и K, которые, в принципе, можно распространить на все группы организмов. r-стратегия определяется отбором, направленным на повышение скорости роста популяции в начальный период увеличения ее численности, когда слабо выражено тормозящее действие конкуренции. r-стратегия включает отбор на - плодовитость (или максимальное воспроизводство избыточной продукции), - быстрое достижение половой зрелости, - короткий жизненный цикл, - способность быстро распространяться в новые места обитания, - способность переживать неблагоприятные условия среды на ценотически пассивных стадиях жизненного цикла. K-стратегия определяется отбором, направленным на повышение выживаемости в условиях стабилизировавшейся численности, при сильном воздействии конкуренции. K-стратегия включает отбор на - конкурентоспособность, - повышение защищенности от хищников и паразитов (или минимальное производство избыточной продукции), - повышение вероятности выживания каждого продуцированного потомка, - развитие более совершенных внутрипопуляционных механизмов регуляции численности. У растений выделяют (по Л.Г.Раменскому) 3 типа стратегий, формирующие специфические эколого-ценотические группы: - виоленты - виды, способные к подавлению конкурентов за счет более интенсивного роста и более полного использования территории, доминирующие в относительно благоприятных условиях;
- патиенты (выносливые) - виды, способные выживать в неблагоприятной среде, где другие виды существовать не могут, - виды, доминирующие в экстремальных условиях; - эксплеренты (заполняющие) - виды быстро размножающиеся и расселяющиеся, появляющиеся там, где нарушены коренные сообщества.
8. Биоценозы. Видовая и пространственная структуры биоценозов. Типы отношений организмов в биоценозах. Понятие экологической ниши и пограничного эффекта.
Биоценоз— это исторически сложившаяся совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (определённый участок суши или акватории), и связанных между собой и окружающей их средой. В состав биоценоза входят: фитоценоз – растительное сообщество, зооценоз – животный компонент, микробиоценоз – микробные биокомплексы. Взаимодействуя с компонентами биоценоза , почва и грунтовые воды образуют эдафотоп, а атмосфера — климатоп. Компоненты, относящиеся к неживой природе, образуют косное единство — экотоп. Относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом, называют биотопом. Под видовой структурой биоценоза понимают разнообразие в нем видов и соотношение их численности или массы. Видовой состав биоценозов зависит как от длительности их существования, так и истории каждого биоценоза. В любом биоценозе можно выделить один или несколько видов, определяющих его облик. Обилие вида — это число особей данного вида на единицу площади или объема занимаемого пространства. Частота встречаемости характеризует равномерность или неравномерность распределения вида в биоценозе. Рассчитывается как процентное отношение числа проб и учетных площадок, где встречается вид, к общему числу таких проб или площадок. В лесу, который состоит из десятков видов растений, обычно один или два из них дают до 90% древесины. Данные виды называют доминирующими и доминантными. Степень доминирования — это показатель, который отражает отношение числа особей данного вида к числу особей всех видов рассматриваемой группировки. В биоценозе есть и так называемые эдификаторы — виды, которые своей жизнедеятельностью в наибольшей степени создают среду для всего сообщества и без которых в связи с этим существование большинства других видов невозможно. Внутри биоценоза формируются в той или иной степени тесные группировки, комплексы популяций, которые зависят от растений-эдификаторов или от других элементов биоценоза, создаются своеобразные структурные единицы биоценоза — консорции. Впервые термин «консорция» был введен Л.Г.Раменским(1952). Консорция — это совокупность популяций организмов, жизнедеятельность которых в пределах одного биоценоза трофически или топически связана с центральным видом —автотрофным растением. Пространственная структура биоценоза определяется прежде всего сложением его растительной части — фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений. Ярусность — это вертикальное расслоение биоценозов на равновысокие структурные части(древесный ярус, кустарниковый, травянистый, приземный слой, подстилка, пахотный слой, подпочва). В растительных сообществах животные также приурочены преимущественно к определенному ярусу. Прямые и косвенные межвидовые отношения по значению, которое они имеют для занятия видом в биоценозе определенного положения, по классификации В. Н. Беклемишева (1970), подразделяются на четыре типа: 1) трофические, 2) топические, 3) форические и 4) фабрические. Трофические связи наблюдаются, когда один вид питается другим —либо их мертвыми остатками, либо продуктами их жизнедеятельности. Топические связи характеризуют любое физическое или химическое изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Форические связи — это участие одного вида в распространении другого. В роли транспортировщиков выступают животные. Фабрические связи — это такой тип биоценотических отношений, в которые вступает вид, используя для своих сооружений (фабрикации) продукты выделения или мертвые остатки или даже живых особей другого вида. Экологической нишей называют положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Экологическая ниша отображает участие вида в биоценозе. При этом имеется в виду не территориальное его размещение, а функциональное проявление организма в сообществе. Экологические ниши видов изменчивы в пространстве и во времени. Нередко в биоценозе один и тот же вид в разные периоды развития может занимать различные экологические ниши. Важнейшим признаком структурной характеристики биоцено-зов является наличие границ сообществ. Вместе с тем следует отметить, что они весьма редко бывают четкими. Правило экотона, или краевого эффекта, и состоит в том, что на стыках биоценозов увеличивается число видов и особей в них.
9. Экосистемы. Классификация экосистем. Зональность макроэкосистем. Структура экосистем. Динамика экосистем: автогенные и аллогенные (антропогенные) сукцессии.
По Н. Ф. Реймерсу (1990), экосистема — это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Следует подчеркнуть, что совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему. Выделяют микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд и т. д.), макроэкосистемы (континент, океан и др.) и глобальную — биосфера. Крупные наземные экосистемы называют биомами. Каждый биом включает в себя целый ряд меньших по размерам, связанных друг с другом экосистем. Классификаций экосистем на особенностях макроструктуры: Наземные биомы (Вечнозеленый тропический дождевой лес, Тундра ); Типы пресноводных экосистем (Ленточные (стоячие воды), Логические (текучие воды), Заболоченные угодья); Типы морских экосистем (Открытый океан (пелагическая), Воды континентального шельфа (прибрежные воды)). Зональность макроэкосистем Изучение географического распределения экосистем может быть предпринято только на уровне крупных экологических единиц — макроэкосистем, которые рассматриваются в континентальном масштабе. Экосистемы не разбросаны в беспорядке, наоборот, сгруппированы в достаточно регулярных зонах как по горизонтали (по широте), так и по вертикали (по высоте). Это подтверждается периодическим законом географической зональности А. А. Григорьева — М. И. Будыко: со сменой физико-географических поясов Земли аналогичные ландшафтные зоны и их некоторые общие свойства периодически повторяются. Структура экосистемы – естественное функционально-морфологическое членение экосистем на подсистемы и блоки, играющие в экосистеме роль «кирпичиков». С точки зрения трофической структуры (от греч. trophe — питание), экосистему можно разделить на два яруса. 1. Верхний — автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус, или «зеленый пояс», включающий растения или их части. 2. Нижний—гетеро-трофный (питаемый другими) ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т. д., в котором преобладают использование, трансформация и разложение сложных соединений. С биологической точки зрения, в составе экосистемы выделяют следующие компоненты: 1) неорганические вещества (С, N, СО2, Н2О и др.), включающиеся в круговороты; 2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и т. д.), связывающие биотическую и абиотические части; 3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим и другие физические факторы; 4) продуцентов, автотрофных организмов (зеленые растения, сине-зеленые водоросли, фото- и хемосинтезирующие бактерии), производящих пищу из простых неорганических веществ. 5) консументов, или фаготрофов (от греч. phagos — пожиратель), — гетеротрофных организмов, главным образом животных, питающихся другими организмами или частицами органического вещества; 6) редуцентов и детритофагов — гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного сап-рофитами из растений и других организмов. Динамика экосистем: автогенные и аллогенные сккцессии. В экосистемах постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности их членов и соотношении популяций. Многообразные изменения, происходящие в любом сообществе, относят к двум основным типам: циклические и поступательные. Циклические изменения сообществ отражают суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий. Поступательные изменения в экосистеме приводят в конечном итоге к смене одного биоценоза другим, с иным набором господствующих видов. Последовательная смена одного биоценоза другим называется экологической сукцессией. Автогенные сукцессии – постепенные изменения экосистемы под влиянием жизнедеятельности ее биоты, при которых меняются видовой состав и функциональные параметры экосистемы. Различают три варианта автогенных сукцессий: 1. Первичные автотрофные эти сукцессии начинаются «от нуля», т.е в условиях, где практически не было жизни. 2. Вторичные автотрофные – возникают на местах разрушенных сообществ где почва и часть организмов еще сохранилась. 3.гетеротрофные (деградационные) – в этой сукцессии последовательно сменяют друг друга группы детритофагов и редуцентов. Аллогенные сукцессии – изменение экосистем под влиянием внешнего по отношению к ним фактора. Например город, сельхоз поля.
10. Распределение энергии в экосистеме. Пищевые цепи, пищевые сети. Трофические уровни. Продуктивность экосистем: валовая первичная продуктивность, чистая первичная продуктивность, вторичная продуктивность. Экологические пирамиды. Закон Линдемана.
В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным блокам экосистемы, которые всегда могут повторно использоваться, входить в круговорот, энергия может быть использована только раз, т. е. имеет место линейный поток энергии через экосистему. Живые организмы являются преобразователями энергии. И каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. Пищевые цепи и сети, трофические уровни. Внутри экосистемы содержащие энергию вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей для гетеротрофов. Пищевые связи — это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Пищевая цепь – последовательность групп организмов, каждая из которых служит пищей для последующей группы. Различают 2 типа: пастбищная и детритная. Пастбищная – растения_растительноядные животные_хищники. Детритная – детрит(продукт распада органики)_микроорганизмы_детритофаги (микроорганизмы и животные вовлеченные в процесс разложения отмирающей органики). Пищевая сеть – многие организмы принадлежат сразу к нескольким трофическим уровням. Трофические уровни – совокупность организмов, которые занимают определенное положение в общей цепи питания. 1. Продуценты (автотрофы) –фотосинтезирующие зеленые растения. 2. Консументы (гетеротрофы) первого порядка – простейшие, травоядный пресноводный планктон. 3. Консументы второго порядка – хищные простейшие, хищный планктон. 4. Консументы третьего порядка – хищные пресноводные насекомые. 5. Редуценты (деструкторы - восстановители) – возвращают биогенные элементы из отмерших организмов снова в водную среду. Продуктивность экосистем – биомасса производимая популяцией, сообществом, экосистемой на единицу времени или на единицу площади и способность биологических систем поддерживать темп воспроизведения этой биомассы. Различают первичную и вторичную продукцию. Первичная продукция – органическое вещество создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза. Вторичная продукция – энергия запасенная в телах растительноядных и хищных животных за единицу времени. Скорость, с которой растения накапливают химическую энергию, называют валовой первичной продуктивностью (ВПП). Около 20% этой энергии расходуется растениями на дыхание и фотодыхание. Скорость накопления органического вещества за вычетом этого расхода называется чистой первичной продуктивностью (ЧПП). Это энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней. Экологическая пирамида – графическое изображение соотношения в экосистеме между продуцентами, консументами и редуцентами. Пирамиды численности. Установлено основное правило, которое гласит, что в любой среде растений больше, чем животных, травоядных больше, чем плотоядных, насекомых больше, чем птиц, и т. д. Пирамида биомассы. Отражает более полно пищевые взаимоотношения в экосистеме, так как в ней учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня. Перевернутые пирамиды биомассы свойственны водным экосистемам. Пирамида энергии. Р. Линдеман в 1942 г. впервые сформулировал закон пирамиды энергий, который в учебниках нередко называют «законом 10\%». Согласно этому закону с одного трофичес-когоуровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10\% энергии. Последующим гетеротрофам передается только 10—20\% исходной энергии. Используя закон пирамиды энергий, нетрудно подсчитать, что количество энергии, доходящее до третичных плотоядных (V трофический уровень), составляет около 0,0001 энергии, поглощенной продуцентами.
Учение о биосфере
1.(11).Биосфера. Состав и структура биосферы. Границы биосферы. Неравномерность распределения живого вещества в биосфере.
1 вариант ответа:
Биосфера- область существования и функционирование живого вещества и само это вещество. Структура Биосферы: Газовая оболочка складывается в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней удерживается диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшую значимость имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, который участвует в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от твердого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной меры благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.Биологический спектр структуры биосферы имеет ступенчатый характер: сообщество, популяция, организм, орган, клетка, ген.
В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) - жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). Границы биосферы.
1. Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем,
задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых
организмов.
Неравномерность распределения живого вещества в биосфере.
2 вариант ответа:
Биосфера - оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов. Б. охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии (по В. И. Вернадскому, — биогенная миграция атомов); начальный момент этих циклов заключён в трансформации солнечной энергии растениями и синтезе биогенных веществ на Земле.Термин «Б.» ввёл в 1875 австрийский геолог Э. Зюсс. Общее учение о Б. создано в 20—30-х гг. 20 в. В. И. Вернадским.По Вернадскому, вещество Б. состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей: живое вещество; биогенное вещество; косное вещество; биокосное вещество; радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения.Б. мозаична по структуре и составу, отражая геохимическую и геофизическую неоднородность лика Земли (океаны, озёра, горы, ущелья, равнины и т.д.) и неравномерность в распределении живого вещества по планете как в прошлые эпохи, так и в наше время. Максимальное содержание живого вещества гидросферы приурочено к мелководьям, минимальное — к глубинным акваториям (абиссаль); на суше эта неравномерность проявляется в мозаике биогеоценотического покрова (леса, болота, степи, пустыни и др.) с минимумом плотности живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях.
2.(12). Вещество биосферы. Семь типов вещества. Основные свойства и биогеохимические функции живого вещества.
Вещество биосферы (совокупность живой и неживой природ) создается в результате разности потенциалов между элементами и частями биосферы и особенно между неживой и живой природой, т.е состоит из элементов, к активно участвуют в круговоратах веществ (C, N,P)
Семь типов веществ.
Свойства живого вещества:
Биохимические функции
3. (13). Биогеохимические круговороты веществ: геологический и биологический круговороты. Резервный и обменные фонды. Два основных типа биогеохимических циклов. Биогеохимические круговороты азота, углерода и фосфора
Круговорот веществ на Земле- это повторяющиеся процессы превраащения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Это является основным условием устойчивости биосферы.
Различают два осн круговорота:болыпой(геологический) и малый(биологически).
Большой круговорот, обусловлен взаимодействием солнечной Ё с глубинной Е Земли и осуществляет перераспределение в-ва между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких t° и давлений. Там они переплавляются и образуют магму — источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям.
Большой круговорот — это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация водяного пара — выпадение осадков на эту же водную поверхность океана. Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете.
Малый круговорот (часть большого) происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные в-ва, вода и углерод аккумулируются в в-ве растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы как самих этих растений, так и других организмов, которые поедают эти растения (консументы). Продукты распада органического в-ва под действием деструкторов и микроорганизмов (бактерии, грибы, черви) вновь разлагаются до минеральнх компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в потоки в-ва. Выделяют 2 вида малого круговорота.
1) он предварительно должен быть переведен в водорастворимое состояние, чтобы живые организмы могли его ассимилировать; 2)он доступен не одинаково,т.к. может находиться под землей на разной глубине. Для биосфер в целом можно выделить два основных типа биогеохимич циклов:
Это разделение биогеохимич циклов основано на том, что нектрые круговороты, например те, в ктрых участв С, N и О, из-за наличия крупных атмосферн или океанич фондов быстро компенсируют нарушения. Накопленный в к-либо месте избыток С02 быстро рассеивается воздушнпотоками, а увеличение его концентрации в атмосф способствует большему потреблению раст-ми и превращению в карбонаты в море.
Осадочный цикл, в котором приним участие такие химич эл-ты, как Р и Fe, в меньшей степени способен к саморегуляции и поэтому легче нарушается. Это связано с тем, что основная часть химич в-тв сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде земной коры. Если изъятие химич эл-ов в этих циклах происходит быстрее, чем возврат, какая-то их часть может на длительное время выбывать из круговорота. Механизмы возвращения химических элементов в круговорот основаны главным образом на биологических процессах.
Круговорот углерода (нефть, камен уголь, торф)
Углерод составляет приблизительно 0,027%массы земной коры. B несвязанном состоянии он встречается в виде алмазов и графита. Каменный уголь содержит до 90% углерода. Из углерода в биосфере создаются миллионы органич соединений. Углекислота из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, ассимилируется и превращается в разнообразные органические соединения растений. Растения частично поедаются животными. В конечном счете, органическая масса в результате дыхания, гниения и горения превращается,в углекислый газ или отлагается в виде гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало многим др соединениям - каменным углям; нефти. В процессах распада органич веществ, их минерализации, огромную роль играют бактерии (например, гнилостные), а так же многие грибы (например, плесневые.). Огромное количество углекислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и других пород.
Между СО2 атмосферы и водой океана существует равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Атмосф пополняется СО2 -ом благодаря процессам разложения органич в-тв, карбонатов и т.д. Особенно мощным источником являются вулканы, газы ктрых состоят из паров воды и С02.
Круговорот азота (клубеньковые бактерии)
Запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78%), но поглощение его растениями ограниченно, т.к. они усваивают азот только в форме соединений с углеродом и кислородом. Усваивать азот из воздуха могут азотофиксирующие клубеньковые бактерии, являющиеся симбионтами бобовых культур и обитающие в клубеньках на корнях последних.
Редуценты (деструкторы) - почвенные бактерии - постепенно разлагают белковые в-ва отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды, загрязняя их. Азот в форме нитратов и нитритов может усваиваться растениями и передаваться по пищевым цепям.Азот возвращается в атмосферу вместе с газами, выделяемыми при гниении. Рoль бактерий в цикле азота такова, что по мнению некоторых ученых, если будет уничтожено 12 видов бактерий, участвующих в превршдениях азота, жизнь на Земле прекратится.
Круговорот фосфора
Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В бгх круговорот он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность земли в зону выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде апатита. Общий круговорот фосфора можно подразделить на две часть: водную и наземную.В водных эк-мах он усваивается планктоном и передается по трофич цепи до консументов 3-го порядка - морских птиц. Их экскременты вновь попадают в море и вступают в круговорот или накапл-ся на берегучи затем смываются в море. Из отмирающих животных фосфор частично попадает по трофич цепям в круговорот, а частично скелеты достигают больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы. В наземных экосистемах фосфор извлекается из почвы растениями и далее распростр-ся по трофич цепи. В почву он возвращается или с экскрементами или после отмирания животных. Теряется фосфор из почв в результате водной эрозии. Повышенное содержание фосфора в водных путях вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, «цветение» водоемов, их эвтрофикацию. Большая часть фосфора уносится в море и там осаждается, выводясь из круговорота на долгие годы.
4. (14) Современные концепции биосферы: биогеохимическая, термодинамическая биокибернетическая, математическая, концепция устойчивости. Глобальные экологические проблемы как результат нарушения сложившейся организованности биосферы.
Биологическая концепция. самые ранние представления о биосфере как совокупности живых организмов. Первым термин употребил Ламарк (биосфера - область жизни). Милль и Зюсс: « Биосфера - совокупность живых существ». Биогеохимическая концепция. По Вернадскому 3 принципа: 1.биогенная миграция химич эл-ов в биосфере всегда стремится к МАХзначению. 2.живому в-ву присуща высокая скорость протекания химич реакций по сравнению с в-ом неживым, где похожие процессы идут в тысячи раз медленнее.3. в течение всего геологического времени заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живого вещества.
Термодинамическая концепция. Биосфера - система, которая обменивается с космосом энергией и подчиняется Второму Закону термодинамики. Кибернетическая концепция. Биосфера - система саморегулирующаяся, которую можно моделировать и изучать протекающие в ней процессы. Геохимическая концепция. Живые организмы взаимодействуют между собой и с ОС. При этом создаются глубокие метаболические связи с геохимическими факторами. Минеральные в-ва идут на построениие скелета, регуляцию космоса, функции кровеносной системы, включается в обмен в-тв. Изменяется среда - изменяется состав организмов. Концепция УР подразумевает неограниченно долгое существование и развитие человечества. Стратегия УР направлена на достижение гармонии между людьми, между обществом и природой. Одним из центральных вопросов построения устойчивого развития общества является организация хозяйственной деятельности человека в рамках экологической ёмкости биосферы. Биосфера должна, рассматриваться как фундаментальная основа жизни, а не как источник ресурсов, так как без биосферы функционирование социально-экономической системы невозможно. Концепция УР содержит в себе три взаимосвязанных компоненты, три составляющие: Экологическую, Социальную, Экономическую.
Глобальные экологические проблемы:
1.демографич проблема (негативные последствия роста численности населения); 2.энергетическая проблема (дефицит энергии порождает поиск новых ее источников и связанным с их добычей и использованием загрязнением); З.пищевая проблема (необходимость достижения полноценного уровня питания человека ставит вопросы в области сельского хозяйства и использования удобрений); 4.проблема сохранения природных ресурсов (сырьевые и минеральные ресурсы истощаются еще с бронзового века, актуально сохранение генофонда человечества и биоразнообразия, пресная вода и кислород атмосферы ограничены); 5.проблема защиты ОС и чела от действия ВВ (известны факты массового выбрасывания китов на побережье,ртутных,нефт катастроф и ими вызванных отравл). б.Глобальное потепление климата, которое привело к подтаиванию льда снизу, (из-за увеличения углекислого газа в атмосфере, а это выбросы пром предприятий). А также: нарушение озонового слоя, обезлесивание и опустынивание территорий, загрязнение атмосферы и гидросферы, выпадение кислотных дождей, уменьшение биоразнообразия.
5. (15). Происхождение и эволюция биосферы. Hoocфepa - эволюционная стадия биосферы.
Биосфера - "сфера жизни", «область жизни». В 1875 году этот термин ввел Зюсс (австралийский ученый). Вернандский создал учение о биосфере. Под биосферой надо понимать совокупность всего живого. Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. В ней обитает более 3 000000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы. В. И. Вернадский выделял три этапа развития биосферы:
1. Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы. Ведущие факторы здесь — геохимические и климатические изменения на Земле.
2. Второй этап — усложнение структуры биосферы в результате появления многочисленных и разнообразных эукариотных организмов- как одноклеточных, так и многоклеточных. Движущим фактором выступает биологическая эволюция. 3. Третий этап — возникновение человека, человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу.«Ноосфера» переводится буквально как сфера разума. Впервые его ввел внаучный оборот в 1927 г. французский ученый Э. Леруа. Вместе с Тейяром де Шарденом. В их представлении ноосфера - идеальная, духовная ("мыслящая") оболочка Земли, возникшая с появлением и развитием человеческого сознания. В представлении В. И. Вернадского, человек - часть живого вещества, подчиненного общим законом организованности биосферы, вне которой оно существовать не может. Человек является частью биосферы. Целью общественного развития должно быть сохранение организованности биосферы. Ноосфера - новый этап эволюции биосферы, в котором создаются новые формы ее организованности, возникающее в результате взаимодействия природы и общества. В ней законы природы тесно переплетаются с социально-экономическими законами развития общества, образуя высшую материальную целостность "очеловеченной природы". В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития. В структуре ноосферы можно выделить в качестве составляющих человечество, общественные системы, совокупность научных знаний, сумму техники и технологий в единстве с биосферой. Гармоничная взаимосвязь всех составляющих структуры есть основа устойчивого существования и развития ноосферы.
6. (16). Качественный и количественный состав литосферы, атмосферы и гидросферы.Понятие о кларках: кларки концентрации, кларки рассеивания.
Литосфера -твёрдая оболочка Земли. Основными соединениями, образующими литосферу, являются диоксид кремния, силикаты и алюмосиликаты. Большую часть литосферы составляют кристаллические вещества, образовавшиеся при охлаждении магмы - расплавленного вещества в глубинах Земли. При остывании магмы образовывались и горячие растворы. Проходя по трещинам в окружающих горных породах, они охлаждались и выделяли содержащиеся в них вещества.
В литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы. Основная часть литосферы состоит из изверженных магматических пород (95 %), среди которых на континентах преобладают граниты и гранитоиды, а в океанах-базальты. Верхний слой литосферы - это земная кора, минералы которой состоят преимущественно из окислов кремния и алюминия, окислов железа и щелочных металлов. Основная масса организмов и микроорганизмов литосферы сосредоточенная в грунтах, на глубине не большее нескольких метров. Грунты - органо-минеральный продукт многолетней (сотни и тысячи лет) общей деятельности живых организмов, воды, воздуха, солнечного тепла и света есть одними из важнейших природных ресурсов. Современные грунты являются трехфазной системой (разнозернистые твердые частицы, вода и газы, растворенные в воде, и порах), которая состоит из смеси минеральных частиц (продукты разрушения горных пород), органических веществ (продукты жизнедеятельности биоты ее микроорганизмов и грибов). Наибольшей трансформации подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы в пределах суши. Суша занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых важнейшее значение имеет плодородная почва. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.Преобладающие элементы химического состава литосферы: О, Si, Аl, Fe, Са, Мg, Na, К. Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая Землю. Состав сухого остатка атмосферы по всей ее толще почти одинаков. Но отличается его плотность и температура, а в нижнем слое (тропосфере) повышено содержание воды, твердых частиц, над почвой – углекислого газа. Тропосфера включает около 80% всей массы атмосферы. Главными компонентами атмосферы являются азот ( более 78%) и кислород (более 20%), а также ряд других газов (до 1%) – аргон, неон, углекислый газ, метан, гелий, водород, криптон, ксенон, оксид азота, озон, двуокись серы. Некоторые газы находятся в атмосферном воздухе в следовых количествах.Кроме газов, в атмосферном воздухе содержатся водяные пары и твердые частицы в форме аэрозоля. Концентрация водяного пара в воздухе увеличивается из-за испарения воды с поверхности Земли. В разных областях его содержание отличается, также оно может изменяться в течение года.Твердые частицы в атмосферном воздухе – это пыль космического и вулканического происхождения, солевые кристаллы, дым, микроорганизмы, пыльца растительных организмов, т.д. Взвеси твердых частиц уменьшают солнечную радиацию, поступающую к поверхности Земли, а также ускоряют сгущение водяного пара и формирование облаков.Гидросфера — это непрерывная водная оболочка Земли, она содержит воду в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном.Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и поверхностные воды суши. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах. Свыше 96% объема гидросферы составляют моря и океаны, около 2% — подземные воды, около 2% — льды и снега. Поверхностные воды суши — воды, которые текут или собираются на поверхности земли: морские, озерные, речные, болотные и другие воды. Мировой океан — основная часть гидросферы, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и отличающаяся общностью солевого состава. КЛАРКИ ЭЛЕМЕНТОВ— система усреднённых содержаний, характеризующих распространённость химических элементов в крупной геохимической системе. Выражается в массовых, объёмных, атомных процентах (%), промилле (‰), миллионных частях (г/т) или по отношению к содержанию одного из элементов, наиболее распространённого, например кремния. Обобщение данных по химическому составу различных горных пород, слагающих земную кору, с учётом их распространения до глубины 16 км, впервые было сделано американским учёным ф. У. Кларком (1889). Термин (в честь Кларка) и современная концепция кларков предложены советским учёным А. Е. Ферсманом в 1923.Величины кларков конкретных элементов различаются в миллионы раз, зависят от устойчивости ядер элементов и перераспределения элементов в той или иной системе. В космосе резко преобладают простейшие элементы — Н и He (99,99%), в земной коре (99%) — О, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К, Ti, Mn, Н, в гидросфере — О и Н, и т.п. В определённой зависимости от кларков находится общее содержание элементов в геохимических системах, общие запасы тех или иных металлов и руд в земной коре, масштабы месторождений, количество минералов каждого элемента, поведение элементов в геохимических процессах. Кларк концентрации (КК) – это отношение содержания элемента в конкретном объекте к его кларку в литосфере. Наибольшие величины КК характерны для ртути и сурьмы, содержание которых в почвах на участках месторождений может выше их кларка в сотни тысяч раз.Если КК меньше единицы, то для получения большей контрастности можно вычислить обратные величины – кларки рассеяния (КР), представляющие собой отношение кларка элемента в литосфере к его содержанию в данном объекте.
7. (17). Миграция химических элементов в геосферах; закономерности миграции; геохимические потоки и барьеры, их типы; влияние физических и химических факторов на миграционные процессы.
Геохимия -наука о распространенности и миграции химич.эл-ов в геосферах. Миграция элементов- перенос и любое перемещение в разультате геохим. процессов, протекающих в земной коре и на ее поверхности. Закономерности миграции элементов изучает геохимия процессов. Миграция элементов приводит к их рассеянию или концентрации с образованием месторожд полезных ископаемых. Виды миграций: 1)Механическая: перенос без преобразования вещественного состава. Определяется размерами минеральных частиц их плотностью, скоростью движения среды, являющейся агентом переноса (водного потока, ветра и т.д.).
2)Физико-химическая: подчиняется физическим и химическим законам. Процессы диффузии, растворения, осаждения, плавления, кристаллизации, сорбции, десорбции и т.д. Подвиды - ионная миграция (в растворах), коллоидная, газовая и др.
3)Биогенная: определяется деятельностью организмов. Взаимодействие между живым веществом и инертной материей Земли происходит в форме массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой.
4)Техногенная: связана с деятельностью человека. Освоение сырьевых ресурсов, хозяйственное использование сырья, значительные по масштабам перемещения вещества, создание веществ, не существующих в природе.Геохимические барьеры-участки биосферы на которых в миграционном потоке на коротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции химических элементов повышается концентрация. Размеры гхмич барьеров могут варьироваться от нескольк см до сотен и тысяч метров. Геохимические барьеры разделяются на: 1.линейные (приуроченные к границ между ландшафтными ареалами) 2.площадные (имеющие субгоризонтальное простирание),3.природные 4.техногенные, 5.механический (создается в результ смены рыхлых пород на плотные, поры ктрых по размерам<, чем диаметр ионов мигрирующих соединений. В результате происходит прекращение миграции механическим путем) 6.биологический (способность живых организмов концентрировать некоторые химические элементы в течение их жизни. После их отмирания они концентрируются в почве или породе при анаэробных условиях и служат источником образования горючих полезных ископаемых) 7.физико-химический (формир-ся в местах смены физич и химич условий миграции элементов. Геосфера - географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля.
8. (18). Геохимическая классификация ландшафтов. Геохимический ландшафт как один из важнейших факторов формирования экосистем.
По определению Полынова, элементарный ландшафт в своем типичном проявлении - один определенный тип рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего сущ-ия определенным растительным сообществом. Элементарные л-ты образуют связанные между собой ассоциации геохимическими ландшафтами (собственно ландшафты). Геохимический ландшафт - парагенетическая ассоциация элементарных ландшафтов, соединенных потоком вещества и энергии. Его верхнюю часть составляет атмосфера, нижнюю -коренные горные породы, подземные воды. Каждый обособляемый геохимический ландшафт имеет своеобразные характерные отличия, определяющие особенности миграции и концентрации веществ в его пределах. Эти характерные отличия рассматривают на отдельных таксономических уровнях. В зависимости от конкретной климатической и ландшафтно-геохимичесой обстановки число уровней с характерными отличиями в миграции и концентрации веществ может изменяться. Характеристика ландшафтов с использованием таксономических уровней: 1. учитываются основные формы движения материи. Отдельные л-ты: 1.1) абиогенные (роль биологич круговорота элементов (БИК) и антроп. воздействия не существенна) 1.2)биогенные (явно выражен БИК) 1.3) техногенные (БИК нарушен) 2. объединение ландшафтов происходит с учетом особенности ведущего вида миграции по этому признаку среди биогенных л-ов обособляются отличающиеся по др от др БИК и по количеству ежегодно производимой биомассы степи, саванны, пустыни, тундры и т.д. Среди техног.л-ое обособляются с/х, промышленные, населенных пунктов, также отличающиеся др от др по особенностям ввоза и вывоза различных веществ. 3. и в биогенных и в техногенных л-ах учитываются особенности почв, определяющие перемещение и концентрацию в них химич эл-ов (учитывается ок/восст обстановка - наличие или отсутствие свободного О и сероводорода, щелочно-кислотные условия, наиболее распр и перемещающиеся химич эл-ты) 4. характеризует особенности состава подземных вод 5.учитывается атмосф миграция (подверженность л-та воздушной эрозии) 6. Особенности развития или отсутствия многолетней мерзлоты 7 особенности рельефа местности, влияющие на миграцию элементов 8. учитываются особенности почвоподстилающих горных пород, из которых химич эл-ты постоянно поступают в верхние части ландшафтов. В основу классификации гхмич л-тов положен хар-р гхмич сопряжения между автономными и подчиненными геохимическими ландшафтами.1)Если сопряжение включает автономный, супераквалъный и субаквалъный ландшафты, то оно называется полным. 2)Полное сопряжение в условиях однородного геологич строения, развития изверженных или метаморфических пород называется основным. Основные сопряжения классифицируются по особенностям центра ландшафта, обычно это автономный ландшафт (как и в физико-географической классификации). Для геохимических ландшафтов выделяются те же таксоны, что и для элементарных. Ряды гхмич л-ов соответствуют рядам элементарных. Число групп, типов, семейств и классов гораздо больше, т. к. один и тот же автономный ландшафт может сопрягаться с различными автномными и подчиненными. Роды геохимических ландшафтов выделяются по соотношениям между автономными и подчиненными ландшафтами одного класса, интенсивностью водообмена, а это функция рельефа. Наиболее распространены три рода: I- плоские равнины с замедленным водоообменом, слабым эрозионным расчленением или без него (приморские низменности, аллювиальные равнины и прочие области тектонических опусканий, вулканические и другие плато); II- эрозионные возвышенности, расчлененные плато с более энергичным поверхностным и подземным стоком, плоские поверхности чередуются со склонами; III - сильно холмистый и горный рельеф, бедленд - энергичный водообмен, преобладают склоновые поверхности, плоских участков почти нет.
Виды геохимических ландшафтов выделяются на основе характера подстилающих пород. Геохимические ландшафты крупных таксонов называются по типологическим терминам - таежные, степные, пустынные и прочие типы ландшафтов; северные, средние, южные семейства: кислые, кальциевые, сернокислые классы; I, II, III роды. Виды называются обычно по какому-нибудь географическому ареалу их распространения, например, каракумские, валдайские и т. д.
9. (19) Особенности химического состава живых организмов. Живые организмы как факторы концентрации и миграции элементов. Закономерности поглощения элементов растениями.
Живые организмы содержат те же химические элементы, что и неживая природа. Содержание некоторых элементов больше, их называют макроэлементами: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера и др. Микроэлементы в организме содержатся в малых количествах, но тоже играют важную роль, например, йод. Вещества, которые встречаются в неживой природе, называются неорганическими. В состав клеток входят вода (до 80%) и минеральные соли. Органические вещества образуются в живых организмах, хотя могут быть синтезированы в лабораториях. Важнейшими из них являются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) и витамины. Органические вещества образуют важнейшие структуры клетки и служат источником энергии. Характерной особенностью многих органических веществ является их полимерная структура. Так, крахмал состоит из большого числа молекул глюкозы. Белки в процессе пищеварения распадаются на аминокислоты. А ДНК несет важнейшую функцию — является хранителем наследственной информации, зашифрованной в виде последовательности нуклеотидов. Эта информация проявляется через структуру белков, которые помимо структурной несут еще одну очень важную функцию — являются катализаторами химических процессов, происходящих в клетке. Жиры не растворяются в воде, поэтому жироподобные вещества входят в состав клеточных мембран. Витамины участвуют в регуляции обмена веществ.В живом организме преобладают 6 элементов: С, H, О, N, P, S - на которые приходится 97,4 % массы организма. Эти элементы называются органогенами. Можно отметить, что в земной коре преобладают металлы, тогда как в живых организмах - неметаллы. Поступление элементов в живой организм из окружающей среды обусловлено следующими факторами:1. Нахождением элемента в природе в доступной (обычно водорастворимой) форме; 2. Способностью организма поглощать элемент;3. Способностью организма накапливать элемент. Живые организмы принимают активное участие в перераспределении химических элементов а земной коре. Минералы, природные химические соединения образуются в биосфере в различных количествах благодаря жизнедеятельности различных организмов (так называемого живого вещества). Примером геохимической функции живого вещества является кальциевая функция, характерная для всех организмов, имеющих кальциевый скелет. Концентрируя кальций в своих телах, живые организмы энергично извлекают его из окружающей среды. Когда же организм отмирает, основной минеральной составляющей остатка оказывается кальциевый скелет, который, в свою очередь, возвращается в окружающую "неживую" среду. Сопоставляя качественный состав земной коры, геосферы и биосферы, можно заметить, что элементный состав живого вещества сильно отличается от такового для земной коры и ближе стоит к составу морской воды, исключая углерод и кальций. Минеральное питание растений
-усвоение ими из внешней среды ионов минеральных солей, необходимых для нормальной жизнедеятельности растительного организма. К элементам М. п. р. относятся N, Р, S, К, Ca, Mg, а также Микроэлементы (Fe, В, Cu, Zn, Mn и др.). М. п. р. складывается из поглощения минеральных веществ в виде ионов, их передвижения по растению и включения в Обмен веществ. Одноклеточные организмы и водные растения поглощают ионы всей поверхностью, высшие наземные растения — поверхностными клетками корня, в основном корневыми волосками. Ионы сначала адсорбируются на клеточных оболочках, затем проникают в цитоплазму через окружающую её липопротеидную мембрану — плазмалемму. Катионы (за исключением К+) проникают через мембрану пассивно, путём диффузии, анионы, а также К+ (при низких концентрациях) — активно, с помощью молекулярных «ионных насосов», транспортирующих ионы с затратой энергии. Скорость активного транспорта ионов зависит от обеспеченности клетки углеводами и интенсивности дыхания, скорость пассивного поглощения — от проницаемости биологических мембран, разности концентраций и электрических потенциалов между средой и клеткой. Проницаемость мембраны для разных ионов неодинакова. Так, для катиона К+ она в 100 раз выше, чем для Na+, и в 500 раз выше, чем для анионов. Поглощённые ионы передвигаются от клетки к клетке через соединяющие их цитоплазматические перемычки — Плазмодесмы. У высших растений в корне и стебле имеется специальная сосудистая система для транспорта минеральных веществ и их органических соединений (синтез которых частично происходит и в корне) в листья. По мере старения нижних листьев некоторые минеральные вещества оттекают из них в растущие органы растения, где могут использоваться повторно. Каждый элемент М. п. р. играет в обмене веществ определённую роль и не может быть полностью заменен др. элементом. Азот входит в состав белков — основных веществ цитоплазмы, а также в состав амидов, нуклеиновых кислот, гормонов, алкалоидов, витаминов (B1, B2, B6, PP) и хлорофилла. Азот поглощается в форме аниона NO-3 (нитрата) и катиона NH+4 (аммония), образующихся при разложении перегноя микроорганизмами почвы. Молекулярный азот (N2), который является основной составной частью воздуха (79 %), может усваиваться только некоторыми видами низших растений.
10.(20).Типы геохимических npoвинций. Геохимические аномалии и индемические заболевания.
геохимические провинции(ГП) - отдельные области и районы, хар-ся специфическим преобладанием одних химич эл-ов (в изверженных горных породах называется «специализацией» по тому или иному химич эл-ту) и недостатком др. Проявляется в отклонении от соотношений средних содержаний химич эл-ов в земной коре: чем больше отклонение, тем контрастнее выражена данная ГП и тем сильнее это сказывается на локализации в данной области месторождений определённых типов полезных ископаемых, на особенностях характерных почв, минерализации подземных и поверхностных вод, растительности и животного мира, вызывая иногда специфические заболевания растений и особенно животных.
На основе тектонических признаков выделяют ГП Балтийского щита, Алтае-Саянской складчатой области и т.д. Геохимическое своеобразие провинции в этом случае устанавливается специальными исследованиями, с помощью различных гхмич показателей (региональные кларки элементов, кларки концентрации, парагенные ассоциации элементов и др.). Характерная особенность ряда ГП — повышенная концентрация в них определенных "типоморфных" химич эл-тов, которая нередко прослеживается на протяжении всей геологич истории провинции. Так, для Кавказа типоморфны медь, молибден и отчасти полиметаллы— медные и молибденовые месторождения здесь формировались в каледонскую, герцинскую, киммерийскую и альпийскую эпохи. В Приморье типоморфно олово, на северо-востоке — олово и золото, на Урале —железо. Бгхмич провинции характеризуются избытком или дефицитом определенных элементов, с чем связаны некоторые заболевания людей, домашних животных и культурных растений (так называемой биогеохимической эндемии). Геохимическая аномалия - участок земной коры (или поверхности земли), отличающийся повышенными концентрациями каких-либо химич эл-ов или их соединений по сравнению с фоновыми значениями и закономерно расположенный относительно скоплений полезных ископаемых (рудного тела, нефтяной или газовой залежи и др.). Эндемические заболевания обусловлены избытком или недостатком в ОС определенных химич эл-ов. Наиболее распростр эндемические заболевания:1. Эндемический зоб. Заболевание связано с низким содержанием йода в почве, воде, растениях данной местности. 2. Флюороз - заболевание, возникающее при поступлении в организм избыточного количества фтора и выражающееся в поражении зубов, эмаль которых приобретает пятнистый вид. Флюороз может развиваться при содержании фтора в воде больше чем 1,5 мг/лЗ. 3. Кариес. Частота возникновения кариеса зубов значительно повышена в районах с недостаточных содержанием фтора в питьевой воде (менее 0,5 мг/л). 4. При повышении концентрации солей азотной кислоты (нитратов) в воде наблюдается б. кол-во метгемоглобина в крови с развитием цианоза. 5. Эндемические остео- и хондродистрофии вызываются избытком стронция в рационе (уровская болезнь). 6. У человека в бгхмич провинциях, богатых молибденом, наблюдается повышение содержания в крови молибдена, активности ксантиноксидазы и усиленное образование мочевой кислоты, что приводит к возникновению эндемического заболевания типа подагры.
Основы природопользования
1. (21). Понятие о природных ресурсах (ПР) и их видах. Классификационные признаки ПР. Классификация ПР по исчерпаемости. Сущность понятия «природопользование». Основные принципы природопользования.
ПР – источники природных богатств, используемые человеком в прошлом, настоящем и будущем
для осуществления своих потребностей (уголь, торф, нефть – энергетические ресурсы, минеральные ресурсы, ресурсы мира грибов, растений, животных).
ПР классифицируются в соответствии со следующими признаками:
1. по их использованию – на производственные (с/х и промышленные), здравоохранительные (рекреационные), эстетические, научные и д.р;
2. по принадлежности к тем или иным компонентам природы - на земельные, водные, минеральные, животного и растительного мира и д.р;
3. по заменимости – на заменимые (например, топливно – минеральные энергетические ресурсы можно заменить ветровой, солнечной энергией) и незаменимые ( кислород воздуха для дыхания или пресную воду для питья)
4. по исчерпаемости - на Неисчерпаемые ( солнечный свет, атмосферный воздух, воду, энергия ветра и т.д) и Исчерпаемые:
- возобновимые – это ресурсы, способные к самовосстановлению (растительный, животный мир и т.д)
- относительно возобновимые – относят почву и ПР, которые обладают способностью к самовосстановлению в течение десятилетий и даже столетий.
- невозобновимые – ресурсы, которые совершенно не восстанавливаются или восстанавливаются во много раз медленнее, чем используются человеком. К ним относятся полезные ископаемые, находящиеся в недрах земли.
Природопользование (ПП) – процесс использования природной среды и ПР в целях удовлетворения материальных, культурных потребностей общества. также ПП – наука о рациональном использовании ПР обществом.
ПП может быть - Рациональным (разумным)- изучение ПР, их бережная эксплуатация , охрана и воспроизводство с учётом настоящих и будущих интересов развития народного хозяйства и здоровья людей и Нерациональным.
Основные принципы ПП:
1)Принцип научности предполагает, что ПП должно основываться на новейших достижения науки и техники.
2)Принцип оптимальности, предусматривает оптимального решения хозяйственных задач с учётом экологического фактора
3)Принцип комплексности, требует рационального использования, глубокой переработки исходного природного сырья, вовлечение в хоз. оборот вторичного сырья, отходов производства и потребления и т.д
4)Принцип платности – возмездное использование ПР, экономическая ответственность за загр. среды
2. (22) водные ресурсы. мировой водный баланс. водопотребление, водопользование и их виды. Основные потребители и водопользователи. Истощение водных ресурсов. Проблема чистой воды на планете. Принципы рационального использования водных ресурсов.
Водные ресурсы - поверхностные и подземные воды, которые находятся в водных объектах и используются или могут быть использованы.
Кол-тво воды, поступающей на поверхность в виде осадков и кол-во воды, испаряющейся с поверхности суши и Мирового океана за определенный период времени составляют водный баланс земли- кол-ное выражение влагооборота. В средний многолетний период годовое количество осадков равно 1020 мм, испарение с поверхности Мирового океана 880 мм и с суши 140 мм. Водопользование - использование водных объектов для удовлетворения нужд населения и национальной экономики с изъятием и без изъятия вод.Водопотребление - водопользование с изъятием воды из водных объектов или с забором воды из системы водоснабжения. Водопотребление различают:1. безвозвратное в.; 2. в. с частичным возвратом; 3. в. с полным возвратом. Главное различие между данными понятиями заключается в том, что потребители воды (многие отрасли промышленности, сельское хозяйство и др.) расходуют воду, в то время как водопользователи (водный транспорт, гидроэлектроэнергетика и др.) ее практически не потребляют. Поэтому с т.зр. экологии главная опасность исходит от водопотребителей, хотя и водопользователи вносят свою лепту в загрязнение гидросферы (например, морской транспорт). Основной потребитель пресной воды на планете - сельское хозяйство, на нужды которого уходит >60% потребляемой воды. На орошение и полив с\х-ых земель тратится >4000 кмЗ воды в год. Плюс вода, расходуемую на нужды животноводства. Наиб водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающ, металлургич, химич, целлюлозно-бумажная и пищевая. К числу этих отраслей относится и энергетика, однако эта отрасль -скорее водопользователь, чем водопотребитель. По нектрым данным, в промышленно развитых странах Запада использование воды для охлаждения узлов и агрегатов на произв-ве достигает до50%общей массы воды, поступающая на его нужды. В современных условиях значительно возросли потребности в пресной воде на коммунально-бытовые нужды, В городе на бытовые нужды ежесуточно расходует в среднем около 150 л, а в деревне - около 55 л. На фоне этих показателей обеспеченность пресной водой Москвы и СПетербурга - до 600 -700 л в сутки фантастическая, даже в сравнении с др крупными городами мира. Расчеты специалистов показывают, что ежегодный прирост безвозвратного водозабора составляет 4-5%. При сохр таких темпов прироста населения и объемов произв-ва нам грозит реальна опасность исчерпания пресноводных запасов воды. Рациональное использование и охрана водных ресурсов как составная часть ООПС представляет собой комплекс мер (технологическ, биотехнических, эконошгч, административных, и т.д.), направленных на рациональное использование ресурсов, их сохранение, предупреждение истощения, восстановление природных взаимосвязей, равновесия между деятельностью человека и средой. Важными принципами ряпионяльного использования водных ресурсов являются: 1. Профилактика-предотвращ негативных последствий истощения и загрязн вод; 2)комплексность водоохр мер-конкретные меры как часть природоохр програмы; 3)повсеместность и территориальная дифференцированность охранных мер; 4)ориентированность на условия, источники и причины загрязнения; 5)научн обоснованность и контроль за эффективностью водоохранных меропр.
3. (23).Минеральные ресурсы. Классификационные признаки. Перспективы развития минерально-сырьевого комплекса. Разнообразие использования. Внедрение принципов рационального потребления минерального сырья.
Минеральные ресурсы - это все запасы полезных ископаемых, которые содержатся в толще земли или на ее поверхности, а также в водах и на дне океана. Минеральные ресурсы являются невозобновляемыми природными ресурсами. Подготовленную к освоению часть минеральных ресурсов называют минерально-сырьевой базой, минеральные ресурсы подразделяются по областям использования: топливно-энергетические (нефть, природный газ, угли); руды чёрных металлов (железные, марганцевые, хромовые и др.); руды цветных металлов (алюминия, меди, свинца и др.); руды редких и благородных металлов; горно-химические (фосфориты, апатиты, сера и её соединения и др.); драгоценные и поделочные камни; нерудное индустриальное сырьё (слюда, графит, асбест и др.); нерудные строительные материалы (цементное и стекольное сырьё, мраморы, шиферные сланцы); гидроминералъные (подземные пресные и минерализованные воды). Приведённая классификация является условной, т.к. области промышленного применения некоторых полезных ископаемых могут быть многообразными.
Минерально-сырьевые ресурсы России. В России находится 10% мировых запасов нефти, 33% газа, 12% угля, 30% железных руд, значительную часть цветных металлов. По количеству разведанных запасов золота и платины Россия занимает второе место в мире, алмазов и серебра - первое. Полезные ископаемые составляют основную статью российского экспорта (70%).
Выделяются следующие приоритетные направления развития минерально-сырьевой базы:
ТОРФ. Использование торфа как топлива в Норвегии. Верховой малоразложившийся торф используется в качестве подстилки для скота и в садоводстве. Широко развито применение в качестве органических удобрений (в качестве компонентов к торфу добавляют известь, минеральные удобрения и микроэлементы). В Швеции торф, кроме вышеперечисленных направлений использования, используется для покрытий спортивных площадок, крыш,- дорожных откосов и т. д. Шведские ученые считают, что в сельскохозяйственном производстве и садоводстве торф может полностью заменить дорогостоящий навоз. В России многообразие свойств торфяного сырья позволяет широко использовать продукцию на его основе не только в энергетике, но ив других сферах экономики, в том числе в химической промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, медицине.
К рациональным подходам к извлечению и переработке природных минеральных ресурсов относятся: максимально полное и комплексное извлечение из месторождения всех полезных компонентов; рекультивация (восстановление) земель после использования месторождений; экономное и безотходное использование сырья в производстве; глубокая очистка и технологическое использование отходов производства; вторичное использование материалов после выхода изделий из употребления; использование технологий, позволяющих проводить концентрацию и извлечение рассеянных минеральных веществ; использование природных и искусственных заменителей дефицитных минеральных соединений; разработка и широкое внедрение замкнутых циклов производства
4.(24) Лесные ресурсы. Роль леса в жизни природы и человека. Причины и последствия сокращения лесов. Принципы рационального использования.
В лесные ресурсы входят: древесина, живица, пробка, грибы, плоды, ягоды, орехи, лекарственные растения, охотничье-промысловые ресурсы И Т.Д а так же полезные свойства леса—водоохранные, климаторегулирующие, противоэрозионные. оздоровительные и пр. Лесные ресурсы относятся к возобновляемым ресурсам.
Влияние лесов на ОС многообразно. Леса:
1)являются основным поставщиком кислорода на планете; 2)непосредственно влияют на водный режим как на занятых ими, так и на прилегающих территориях и регулируют баланс воды;
3)уменьш отрицат воздейств засух и суховеев,сдержив движение подвижн песков; 4)смягчая климат, способств повышению урожаев сельскохозяйственных культур; 5)поглощают и преобразуют часть атмосферных химических загрязнений; 6)ащищают почвы от водной и ветровой эрозии, селей, оползней, разрушения берегов и других неблагоприятных геологических процессов;7)создают нормальные санитарно-гигиенические условия, благотворно влияют на психику человека, имеют огромное рекреационное значение.Значение леса в природе и жизни человека: Средозащитная (сохранение экологического равновесия); Климаторегулирующая; Водоохранная и водорегулирующая; Почвозащитная; Санитарно-гигиеническая; Рекреационная. Природные ресурсы: Древесина, Техническое сырье, Минеральное сырье, Лекарственное сырье, Пищевые продукты.Причины сокращения лесов: 1 - сложившаяся практика лесопользования и отклонения от основных лесоводческих принципов. Еще в начале XX в. во многих странах была разработана система ведения лесного хозяйства, которая предусматривала, с одной стороны, возможность крупномасштабных заготовок леса, а с другой -восстановление, защиту лесов с учетом их ценности для сохранения земельных и водных ресурсов, обеспечения благоприятных жизненных условий для населения, регулирования экологич процесс. 2 - лесные пожары.Последствия: в связи с вырубкой лесов сокращается водоносность рек, высыхают озера, понижается уровень грунтовых вод, усиливается эрозия почв, более засушливым и континентальным становится климат, часто возникают засухи и пыльные бури. Для рационального использования все леса подразделяются на Згр:
3)Эксплуатационные леса многолесных зон страны - районы Европейского севера, Урала, Сибири, и Дальнего Востока.
Леса первой группы не используются, в них проводятся только рубки в санитарных целях, омоложения, ухода, осветления и т. д. Во второй группе режим рубок ограниченный, использование в размере прироста леса. Леса третьей группы промышленный режим рубки. Они являются основной базой заготовки древесины. Кроме хозяйственной квалификации, леса различают и по их назначению и профилю -промышленные, водоохранные, полезащитные, курортные, придорожные и т. д.
5. (25)Экономическая ценность природы. Экономическая оценка природных ресурсов ее использование: принципы, механизмы, инструменты. Концепция ресурсного цикла.
Важным направлением рационального использования природных ресурсов является определение адекватной цены или экономической оценки природных ресурсов и природных благ. Рациональное природопользование, планирование, управление природопользованием, а также прогнозирование эколого-экономической обстановки предполагает эколого-экономическую оценку природно-ресурсного потенциала.
Природная среда способствует жизнедеятельности людей и выполняет три основные функции:
– обеспечивает природными ресурсами;
– ассимилирует отходы и загрязнения;
– оказывает услуги: рекреационные, эстетические и др.
Нобходимость оценки природных ресурсов обусловлена следующими обстоятельствами:
Экономическая оценка природных ресурсов – это денежное выражение эффекта, приносимого ими (например, лесами) при комплексном и рациональном использовании; денежное выражение их народно-хозяйственной ценности; определение экономического значения ресурсов природы в денежной единице, в баллах или натуральных величинах, а также изменений их параметров. Она выполняет две основные функции:
– учетную, т. е. дает ответ на вопрос что имеем;
– стимулирующую.
Задачи экономической оценки природных ресурсов состоят:
1) в определении рациональной степени использования ресурсов; ) оценке эффективности трансформации видов пользования; 3)определении ущерба от изъятия, отчуждения;
4) оценке эффективности мероприятий по использованию и воспроизводству;5) анализе их динамики;6) создании механизма платности.
В качестве методологических принципов экономической оценки природных ресурсов можно выделить: принцип комплексности (учет всех природных ресурсов при оценке); принцип количественного и качественного воспроизводства возобновимых природных ресурсов, составляющих основу жизнеобеспечения населения; принцип экономического воспроизводства невозобновимых природных ресурсов; принцип оптимизации экономической оценки; принцип сопоставимости и согласованности показателей оценки.
Среди имеющихся подходов к определению экономической ценности природных ресурсов и природных услуг, которые позволяют получить конкретную оценку, можно выделить базирующиеся:
– на рыночной оценке,– ренте;– затратном подходе;– альтернативной стоимости;
– общей экономической ценности (стоимости).Не все эти подходы хорошо разработаны, в них имеются противоречивые моменты, однако на их основе можно хотя бы в самом первом приближении оценить экономическую ценность природы. Кроме того, перечисленные подходы не являются «чистыми», они во многом пересекаются и общий их недостаток – занижение ценности.
Концепция ресурсных циклов была разработана в 1975 г. ИС Комаром Он считал, что обмен веществ между обществом и природой имеет хорошо выраженный циклический характер по типу круговорота, а суммарный поток этого обмена можно разделить на отдельные ресурсные циклы.
Ресурсный цикл включает: 1) выявление природных ресурсов, 2) подготовку их к эксплуатации, 3) изъятие из природной среды; 4) переработка, 5) потребления человеком; 6) возврат в природу. Пложительной является современная тенденция в развитых странах, когда ресурсные циклы постепенно трансформируются на основе природных принципов взаимосвязи и замкнутости.Такая их организация в конце концов ведет к без отходного производства, то есть к такой организации технологических процессов, когда отходы одних процессов используются как сырье для других, что обеспечивает полную утилизацию отходов Но пока у большинствапроизводств образования тех или иных отходов неизбежно Поэтому сейчас реальной целью является переход к малоотходных производств, которые характеризуются максимально возможной утилизацией отходов.
6. (26). Понятие природно-ресурсного потенциала. Методы экономической оценки природно-ресурсного потенциала. Природно-ресурсный потенциал России и его оценка.
Природно-ресурсный потенциал — совокупность естественных ресурсов, являющихся основой экономического развития территории. Это очень важная для каждой страны и ее регионов характеристика, отражающая размещение природных ресурсов, обеспеченность ими отдельных отраслей народного хозяйства, их влияние на формирование хозяйственной специализации и пространственной организации территории. Величина природно-ресурсного потенциала представляет собой сумму потенциалов отдельных видов ресурсов. По некоторым данным природные богатства России оцениваются в 3,8 раза выше, чем в США и в 4,5 раза выше, чем в Китае.Для регионов хозяйственного освоения, обладающих огромным природноресурсным потенциалом, ключевое значение будут иметь методы государственного регулирования. К ним можно отнести государственные капитальные вложения в геологоразведочную инфраструктуру; осуществление федеральных региональных программ и отдельных структурообразующих инвестиционных проектов, в большей мере финансируемых за счет госбюджета; комплекс мер, направленных на стимулирование экспортного потенциала регионов.
7. (27). Правовые, административные и экономические основы управления
природопользованием.
Основными методами управления природопользованием и охраной окружающей природной среды, определяющими в настоящее время его характер и основное содержание, являются административные и экономические. Если для первых характерными являются отношения власти и подчинения, то для вторых - экономическое стимулирование их деятельности по рациональному использованию и охране природных ресурсов и окружающей природной среды в целом.
Для периода перехода к рыночной экономике характерным является резкое усиление экономических методов в регулировании общественных отношений вообще, в том числе и в сфере природопользования и охраны окружающей природной среды. Однако ни о какой замене, и тем более исключении, административных методов в данной сфере отношений не может быть и речи. Напротив, в данной сфере отношений, в отличие от многих других, административно-правовое регулирование и административные методы охраны и обеспечения рационального использования природных ресурсов сохраняют свое значение, несмотря на значительное усиление экономических методов, получивших в последние годы большое применение и разнообразие.
Конечно, и в сфере природопользования и охраны окружающей природной среды применяются такие методы управления, как предписания, запреты и дозволения. Значительное место в деятельности природоохранных органов занимает выдача соответствующих разрешений на использование природных ресурсов (лицензирование), согласование тех или иных видов деятельности, рекомендации по рациональному использованию и охране окружающей природной среды.
8.(28) Международное сотрудничество в области рационального природопользования.
Россия в экологическом понятии исходит из необходимости обеспечения всеобщей безопасности и развития международного содружества в области природопользования и охраны окружающей среды.Это положение закреплено в законе Российской Федерации Об охране окружающей природной среды и провозглашено одним из основных принципов охраны природы. Выработаны и сформулированы принципы экологического международного содружества в виде рекомендаций, пожеланий, советов. Закреплены в форме закона и провозглашены принципы международного содружества в охране природной окружающей среды. Они сводятся к следующему:
каждый человек имеет право на жизнь в наиболее благоприятных экологических условиях;
каждое государство имеет право на использование окружающей среды и природных ресурсов для целей развития и обеспечения нужд своих граждан;экологическое благополучие одного государства не может обеспечиваться за счет других государств или без учета их интересов;хозяйственная деятельность, осуществляемая на территории государства, не должна наносить ущерб окружающей среде как в пределах, так и за пределами его юрисдикции;недопустимы любые виды хозяйственной деятельности, экологические последствия которых непредсказуемы;должен быть установлен контроль на глобальном региональном и национальном уровнях за состоянием и изменениями окружающей среды и природных ресурсов на основе международно признанных критериев и параметров;должен быть обеспечен свободный и беспрепятственный международный обмен научно-технической информацией по проблемам окружающей среды и передовых природосберегающих технологий;государства должны оказывать друг другу помощь в чрезвычайных экологических ситуациях;все споры по проблемам окружающей среды должны решаться только мирными средствами.Существует несколько видов природных ресурсов: национальные и международные.Охрана окружающей среды России осуществляется на нескольких международных уровнях, в том числе: с другими странами СНГ, со странами Балтии, с восточноевропейскими государствами, с индустриально развитыми государствами, с развивающимися странами.Объекты биосферы, находящиеся вне юрисдикции, имеют деление:
находящиеся в пользовании всех государств (атмосфера, озоновый слой);используемые несколькими государствами (Антарктида, Черное море).используемые двумя государствами (р. Амур, Уссури, Дунай).Существует ряд международных и национальных проблем в решении экологических вопросов.К числу глобальных международных проблем экологии, от решения которых зависит само существование человека, относятся:сокращение биологического многообразия в результате прямого и косвенного уничтожения множества видов животных и растительных организмов, так как резкое изменение в видовом составе биосферы ведет к нарушению динамического равновесия в природе, к размножению нежелательных организмов или к ускорению процессов опустынивания;изменение климата в результате увеличения количества углекислоты (возможно похолодание), так как уменьшается отражение тепловых лучей от поверхности Земли;утончение озонового слоя, который защищает Землю от проникновения смертоносных ультрафиолетовых лучей.
Дисциплина «Экологический мониторинг»
1.(29) Определение экологического мониторинга и его задачи. Общая характеристика состояния окружающей природной среды и экологических систем.
Мониторинг-система мероприятий наблюдения и контроля, проводимых регулярно по определенной программе для оценки состояния окружающей среды, анализа происходящих в ней процессов и своевременного выявления тенденций ее изменения. Объект мониторинга – природный, техногенный или природно-техногенный объект, в пределах которого осуществляются регулярные наблюдения за почвой, водой, биотой, атмосферным воздухом с целью контроля их состояния, выполняемых для своевременного выявления и прогнозирования изменений в них и оценки. Цель мониторинга среды обитания заключается в представлении информационного обеспечения управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью.
Задачи мониторинга среды обитания заключаются в следующем:
1) наблюдение за источниками антропогенного воздействия; 2) наблюдение за факторами антропогенного воздействия; 3) наблюдение за состоянием среды обитания и происходящими в ней процессами; 4) оценка фактического состояния природной среды; 5) прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды, наблюдение за состоянием среды обитания. В системе мониторинга выделяют три уровня:
1)Санитарно – токсический мониторинг - наблюдение за состоянием качества окружающей cреды, главным образом за степенью загрязнения природных ресурсов вредными веществами и влиянием этого процесса на человека, животный и растительный мир, а также определение наличия физических факторов (шум, пыль) , неприятных запахов, сажи, контроль за содержанием в атмосфере окислов серы и азота,СО2,соединений тяжелых металлов, качество водных объектов и т.д.
2) Экологический мониторинг - определение изменений в экологических системах, природных комплексах и их продуктивности, а также выявление запасов полезных ископаемых, водных, земельных и растительных ресурсов.
Экологический мониторинг – система наблюдений оценок и прогнозов изменений в составе экологических систем, биогеоценозов, природных комплексов.
3) Биосферный уровень мониторинга - позволяет определять глобально-фоновые изменения в природе: радиация, концентрация углекислоты и озона, температура, запыленность, циркуляция газов между океаном и атмосферой земли, мировые миграции птиц, животных, насекомых, погодно-климатические изменения на планете и др.
2. (30)Организация и структура мониторинга состояния окружающей среды. Виды мониторинга: глобальный, региональный, национальный, локальный, медико-биологический, радиационный.
Экологический мониторинг— система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей природной среды под влиянием антропогенных воздействий, проводимая за определённый промежуток времени.
По характеру обобщения информации системы мониторинга выделяют:
Глобальный –слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли и ее экосфере.
Региональный - слежение за процессами и явлениями в пределах какого-либо
региона, где эти процессы и явления могут отличаться и по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от базового фона, характерного для всей биосферы.
Национальный – мониторинг, проводимый на территории одного государства, на примере России;
Локальный - мониторинг воздействия конкретного антропогенного источника, проводится на сравнительно небольшой территории города, водного объекта, района крупного предприятия и т.п.
Импактный (точечный) – мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и местах. Классификация систем мониторинга по методам наблюдения :
1) Химический – сис-ма наблюдений за химическим составом атмосферы, осадков, поверхностных и подземных вод, вод океанов и морей, почв, донных отложений, растительности, животных и контроль за динамикой распространения химических загрязняющих веществ.
2) Физический – система наблюдения за влиянием физических процессов и явлений на ОС ( электромагитное излучение, радиация, шумы и т.д.)
3) Биологический - мониторинг, осуществляемый с помощью биоиндикаторов( т. е. таких организмов, по наличию, состоянию и поведения которых судят об изменениях в среде )
Выделяю Медико – биологический, наблюдение за состоянием здоровья человека, вызванное воздействием на него среды;
4) Экобиохимичечский – основывается на оценке двух составляющих ОС (химической и биологической)
5)Дистационный – в основном авиационный, космический мониторинг с применением летательных аппаратов, основанных радиометрической аппаратурой способный осуществлять зондирование изучаемых объектов и регистрацию опытных данных.
Радиационный мониторинг - это система наблюдений за изменением радиационного фона в объектах природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира.
(Фон Радиационный - уровень радиации, обусловленный космическим излучением и излучением распределенных в природе (в воде, почве, воздухе) радионуклидов.)
P.S: Фоновый мониторинг организуется в заповедных местах и служит для сопоставления окружающей среды на техногенно-нагруженных территориях по сравнению с состоянием близкому к природному.
Общая схема контроля включает этапы
1) отбор пробы;
2) обработка пробы с целью консервации измеряемого параметра и её транспортировка;
3) хранение и подготовка пробы к анализу;
4) измерение контролируемого параметра;
5) обработка и хранение результатов.
3. (31)Мониторинг загрязнения природных вод. Принципы отбора проб и методы анализа.
Наблюдения за химическим составом природных вод в нашей стране стали выполняться в системе гидрометеослужбы СССР с 1936 г., а, начиная с 1964 г., за состоянием качества поверхностных вод. С созданием общегосударственной службы наблюдений и контроля за загрязнением окружающей среды (ОГСНК) наблюдения за качеством поверхностных вод стали проводить систематический контроль за загрязнением вод по физическим, химическим и гидрологическим показателям. Основные задачи: 1) систематическое получение как отдельных, так и обобщенных во времени и пространстве данных о качестве воды; 2) обеспечение заинтересованных организаций систематической информацией о качестве воды водоемов и водотоков и экстренной информацией о резких изменениях загрязненности воды. Наиболее важным этапом организации работ по наблюдению за загрязнением поверхностных вод является выбор местоположения пункта наблюдений. Под таким пунктом понимают место на водоеме, в котором производится комплекс работ для получения данных о качестве воды. Пункты наблюдений организуются, в первую очередь, на водоемах, которые имеют большое народнохозяйственное значение, а также подверженных загрязнению сточными водами предприятий энергетики и промышленности, хозяйственно- бытовыми стоками и т.д. Перед организацией пунктов, проводят предварительные обследования (определение состояния водного объекта, сбор и анализ сведений о водопользователях, выявление источников загрязнения, количества, состава и режима сбросов сточных вод в водоем), составляется карта-схема водоема со всеми источниками загрязнения. Пункты наблюдения включают один или несколько створов (условно поперечное разделение водоема, в к проводится комплекс работ для получения данных), размещаются с учетом гидрометеорологических условий, морфологических особенностей водоема, расположения источников загрязнения и т.д. Отбираются пробы воды для определения в них гидрохимических (температура, цветность, прозрачность, запах) и гидробиологических (по которой изучают сведения о фитопланктоне - совокупности растительных организмов, населяющих толщу воды; зоопланктоне - совокупности животных, населяющих водную толщу) показателей с целью выявления характерных для данного пункта загрязняющих веществ. Состав и объем гидрохимических работ в пунктах наблюдений должны отвечать задачам наблюдений и удовлетворять требованиям заинтересованных народнохозяйственных организации об информации о качестве вод водотоков и водоемов. Программы наблюдений по гидрологическим и гидрохимическим показателям и периодичность проведения наблюдений по этим показателям устанавливают в соответствии с категорией пункта наблюдения. Для большинства водотоков отбор проб проводится 7 раз в год (половодье (подъем, пик, спад), летом, осенью перед ледоставом и зимой). Для получения данных вне пунктах наблюдения проводят экспедиционные наблюдения.
4. (32). Мониторинг атмосферного воздуха. Принципы отбора проб и методы анализа.
Основные задачи мониторинга атмосферного воздуха заключаются в систематическом получении информации о состоянии атмосферы и обеспечении в ней заинтересованных организаций о качестве атмосферного воздуха и возникновении экстренной ситуации. Основным принципом организации наблюдений является комплексность. Мониторинг состояния атмосферного воздуха подразделяется на две системы: 1. Наблюдения; 2. Контроля. Первая обеспечивает наблюдения за качеством атмосферы в городах, населенных пунктах и территориях, вне зоны влияния конкретных источников загрязнения, вторая – контроль источников загрязнения и регулирования выбросов вредных веществ в атмосферу. Мониторинг осуществляется станциями и постами наблюдения. Наблюдения и контроль за состоянием атмосферного воздуха проводятся в районах интенсивного воздействия и в районах, удаленных от источников загрязнения (фоновых районах). Устанавливаются посты наблюдений трех категорий: стационарные, маршрутные и передвижные (подфакельные). Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора воздуха для последующего анализа. Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха, когда невозможно установить стационарный пост или необходимо более детально изучить состояние загрязнения воздуха в отдельных районах. Он устанавливается в заранее выбранных точках. Одна машина за рабочий день объезжает 4-5 точек. Передвижной пост (подфакельный) предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника промышленных выбросов. Наблюдения проводятся с помощью оборудованной автомашины. Посты располагаются на строго фиксированных расстояниях от источника. Одновременно с отбором проб воздуха определяются следующие метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температура воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности. Для наблюдения и контроля уровня загрязнения воздуха используются различные методы: фотокалориметрии, атомно-абсорбционной спектрофотометрии, рентгенофлуоресцентный, квазилинейчатых спектров люминесценции, потенциометрии, газовой хроматографии. Большой объем собранных данных, необходимость их широкого использования в природоохранной деятельности требуют проведения автоматизированной обработки информации. Цель обработки и обобщения материалов наблюдения состоит в получении достоверной и объективной информации об уровне загрязнения атмосферы и его причинах, а также разработке рекомендаций по снижению и доведении информации до органов, принимающих решения, и широкой общественности. Обобщение выполняется на основании данных измерений разовых или среднесуточных концентраций вредных примесей и сведений о выбросах вредных веществ в атмосферу конкретного предприятия, города и др.
5. Положение о Единой государственной системе экологического мониторинга в РФ (ЕГСЭМ): цели и задачи. Функции структурных подразделений. Система управления экологическим мониторингом. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС).
Единая государственная система экологического мониторинга функционирует и развивается с целью информационного обеспечения управления в области охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов, обеспечения экологически безопасного устойчивого развития страны и ее регионов, ведения государственного фонда данных о состоянии окружающей среды и экосистем, природных ресурсах, источниках антропогенного воздействия. Основными задачами ЕГСЭМ являются:1. проведение наблюдений за изменением состояния опс и экосистемами, источниками антропогенных воздействий; 2. проведение оценок состояния ос, экосистем территории страны, источников антропогенного воздействия; 3.прогнозирование состояния ос, экологической обстановки на территории России и ее регионов, уровней антропогенного воздействия при различны условиях размещения производительных сил, социальных и экономических сценариях развития страны и ее регионов.
В соответствии с основными задачами в ЕГСЭМ осуществляется мониторинг состояния природных сред, экосистем, природных ресурсов и источников антропогенного воздействия, а также информационное обеспечение решения экологических проблем.
Минприроды России(в настоящее время - Госкомэкология России) - Координация деятельности министерств и ведомств,предприятий и организаций в области мониторинга окружающей природной среды, организация мониторинга источников воздействия на окружающую природную среду и зон их прямого воздействия, организация мониторинга животного и растительного мира, мониторинг наземной фауны и флоры (кроме лесов), обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем, ведение с заинтересованными министерствами и ведомствами банков данных об окружающей природной среде, природных ресурсах и их использовании.
Росгидромет -Организация мониторинга состояния атмосферы, поверхностных вод суши, морской среды, почв, околоземного космического пространства, комплексного фонового и космического мониторинга состояния окружающей природной среды, координация развития и функционирования ведомственных подсистем фонового мониторинга загрязнения окружающей природной среды, ведение государственного фонда данных о загрязнении окружающей природной среды.
Роскомзем -Мониторинг земель.
Роскомнедра(в наст. время входит в состав Министерства природных ресурсов) -Мониторинг недр (геологической среды), включая мониторинг подземных вод и опасных экзогенных и эндогенных геологических процессов.
Госкомсанэпиднадзор России(в настоящее время - департамент Минздрава) -Мониторинг воздействия факторов среды обитания на состояние здоровья населения.
Минобороны России -Мониторинг окружающей природной среды и источников воздействия на нее на военных объектах, обеспечение ЕГСЭМ средствами и системами военной техники двойного применения.
Минсельхоз России -Обеспечение создания и функционирования отраслевой системы мониторинга окружающей природной среды.
Основными системообразующими элементами экологического мониторинга определены территориальные системы, включающие базовые функциональные, специальные и локальные системы мониторинга.
Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была создана совместными усилиями мирового сообщества (основные положения и цели программы были сформулированы в 1974 году на Первом межправительственном совещании по мониторингу). Первоочередной задачей была признана организация мониторинга загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия. Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы:1. импактном (изучение сильных воздействий локальном масштабе в— И);2. региональном (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона — Р);3. фоновом (на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность — Ф).
6. Международный мониторинг загрязнения биосферы.
Системы национального мониторинга функционируют в различных государствах согласно как международным требованиям, так и специфическим подходам, сложившимся исторически или обусловленным характером наиболее остро стоящих экологических проблем. Международные требования, которым должны удовлетворять национальные системы-участники ГСМОС, включают единые принципы разработки программ (с учетом приоритетных факторов воздействия), обязательность наблюдений за объектами, имеющими глобальную значимость, передачу информации в Центр ГСМОС. Всемирная метеорологическая организация – это межправительственная организация, в состав которой входят государства и территории. Она берет свое начало от Международной Метеорологической Организации, которая была основана в 1873 г. ВМО, созданная в 1950 г., стала специализированным учреждением Организации Объединенных Наций в области метеорологии (погода и климат), оперативной гидрологии и связанных с ними наук. Это – авторитетный орган системы ООН по вопросам состояния и поведения атмосферы Земли, ее взаимодействия с океанами, образуемого им климата и формирующегося в результате этого распределения водных ресурсов.
7. Аэрокосмический мониторинг (АКМ): задачи АКМ, продолжительность
функционирования систем АКМ, способы выявления изменений при АКМ,
требования к материалам аэрокосмических съемок для целей АКМ, примеры АКМ разных уровней.
Комплексные космические эксперименты, решавшие различные экологические задачи путем съемки с самолетов и спутников, начали проводиться в СССР и США с конца 1960 годов. Система аэрокосмического мониторинга позволяет регулярно и оперативно проводить:
1. Определение метеорологических характеристик: вертикальные профили температуры, интегральные характеристики влажности, характер облачности и т. д.);2. Контроль динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт крупных стихийных бедствий; 3. Определение температуры подстилающей поверхности, оперативный контроль и классификация загрязнений почвы и водной поверхности; 4. Обнаружения крупных или постоянных выбросов промышленных предприятий; 5. Контроль техногенного влияния на состояние лесопарковых зон; 6.Обнаружение крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в лесах; 7. Выявление тепловых аномалий и тепловых выбросов крупных производств и ТЭЦ в мегаполисах; 8. Регистрация дымных шлейфов от труб; 9. Мониторинг и прогноз сезонных паводков и разливов рек; 10. Обнаружение и оценка масштабов зон крупных наводнений; 11. Контроль динамики снежных покровов и загрязнений снежного покрова в зонах влияния промышленных предприятий.
Съемки ведут в видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфракрасной, радиоволновой и ультрафиолетовой зонах спектра. При этом снимки могут быть черно-белыми зональными и панхроматическими, цветными, цветными спектрозональными и даже - для лучшей различимости некоторых объектов - ложноцветными, т.е. выполненными в условных цветах. Следует отметить особые достоинства съемки в радиодиапазоне. Радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман. Ночная темнота тоже не помеха для съемки, она ведется при любой погоде и в любое время суток.
8. Правовая, нормативная и экономическая база мониторинга.
Правовое обеспечение охраны окружающей среды и здоровья человека от воздействия загрязняющих веществ реализуется различными отраслями законодательства: конституционного, гражданского, уголовного, административного, здравоохранительного, природоохранительного, природоресурсного, а также нормативно - правовыми актами, международными конвенциями и соглашениями, ратифицированными Россией.Конституцией России закреплено право каждого гражданина на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением.Основы законодательства РФ об охране здоровья граждан от 22 июля 1993 г. наряду с регулированием административных отношений обеспечивают защиту экологических прав граждан: гарантируют право на охрану здоровья граждан, права на информацию о факторах, влияющих на здоровье. Особо закреплены права граждан на охрану здоровья в неблагополучных районах и права граждан на обжалование
действий государственных органов и должностных лиц в области охраны здоровья.
Закон Российской Федерации "О санитарно-эпидемиологическом благополучии
населения", З РФ "О защите прав потребителя" и др. Административным кодексом РФ установлена административная ответственность за различные нарушения в области охраны ос: превышение нормативов ПДВ или временно согласованных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу; превышение нормативов предельно допустимых вредных физических воздействий на атмосферный воздух; выброс загрязняющих веществ в атмосферу без разрешения специально
уполномоченных на то государственных органов и др. Уголовным кодексом РФ, предусмотрена уголовная ответственность за экологические преступления.Конституция РФ устанавливает,
что "общепризнанные принципы и нормы международного права и международные
договоры Российской Федерации являются составной частью ее правовой системы. Плата за загрязнение взимается с природопользователей (компаний, учреждений, организаций и остальных юридических лиц) независимо от их организационно-правовых форм и форм принадлежности, осуществляющих следующие виды действия на окружающую природную среду:выброс в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников;
сброс загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, а также хоть какое подземное размещение загрязняющих веществ;размещение отходов.
Электромагнитная экология
1.(37)Физические характеристики электромагнитных полей.
Электромагнитная среда современной биосферы включает три основных экологически значимые компоненты: естественные ЭМП Земли, флуктуации естественных полей; вызванные солнечной активностью и другими
космическими вариациями; техногенные ЭМП. Необходимо отметить, что эволюция живых организмов на протяжении многих миллионов лет протекала и адаптировалась в низкочастотном диапазоне естественных флуктуаций. Новая техногенная электромагнитная компонента появилась не в характерном для развития жизни высокочастотном диапазоне, распространенна по всей биосфере, обладает высокой степенью гетерогенности, превышает естественные уровни в тысячи раз и возникла в относительно короткий промежуток времени. В зависимости от природы происхождения все ЭМП подразделяются на поля естественного и техногенного происхождения.
положительное или отрицательное влияние. В настоящее время, в качестве экологических факторов рассматривают постоянные магнитные (ПМП) и постоянные и переменные электрические (ПЭП), (ПеЭП) поля. Электрическое поле возникает вокруг любого заряженного тела, является векторной величиной и характеризуется напряженностью. Напряженность электрического поля (Е) называют физическую величину, равной силе, с которой поле действует на единичный положительный заряд, помещенный в рассматриваемую точку пространства. Каждая пространственная точка электрического поля характеризуется энергетической величиной – потенциалом (П), который эквивалентен работе (А), которую необходимо совершить для перемещения заряда q одноименного знака из бесконечности в данную точку. Напряженность электрического поля численно равна разности потенциалов, деленной на расстояние между ними, и имеет размерность вольт на метр (В/м). Электрические свойства среды характеризуются диэлектрической проницаемостью (фарада/метр) и удельной электрической проводимостью (сименс на метр). Магнитное поле возникает вокруг движущегося в пространстве заряда или при изменении напряженности электрического поля и действует только на движущиеся заряды, т. к. только движущиеся заряды имеют свое магнитное поле. Для определения интенсивности магнитного поля (МП) используется магнитная индукция – В, равная силе, с которой поле действует на единичный заряд. За положительное направление вектора МП принято направление от северного полюса к южному. Траектории движения заряда в магнитном поле называют магнитными силовыми линиями. Достаточно распространенной единицей измерения напряженности МП является эрстед (СГСМ). 1 Э = 79,58 (А/м) приблизительно 80 (А/м), следовательно, на расстоянии 1 м от проводника, по которому протекает ток, равный 80 А, напряженность МП будет равной 1 Э.Естественно, что одной из основных характеристик переменного (ЭМП) является частота (f), выражаемая в герцах (Гц) и равная числу колебаний ЭМП в с – f = 1/T. Величина, обратная частоте, – длина волны (λ) или расстояние, на которое распространяется волна за один период.
2.(38) Электромагнитные поля антропогенного происхождения.
Для полей антропогенного происхождения характерно:
50 ГЦ (все источники питания, промышленная частота). В бытовых условиях наиболее высокий уровень ЭМП, достигающий пределов ПДУ, можно наблюдать на кухне: холодильник (50 Гц, 5–100 Э); СВЧ-печь (10–50 мкВт/см).Высоковольтные линии электропередачи, типа ЛЭП-500, создают на уровне земли переменное электрическое поле (50–60 Гц) с напряженностью по электрической составляющей равной 10–15 кВ/м, а по магнитной – 0,1– 0,15 Э при силе тока в фазе равной 1 кА. Уровни естстественных ЭМП 0,00001Э и 30 мкВ/м, а норматив 200Э и 15кВ/м, что в 100 тыс раз больше. Радиоволны. Радиостанции уже в течение 60 лет создали постоянный устойчивый антропогенный радиофон, который в 10–100 раз, как минимум, превышает естественные флуктуации атмосфериков в этом диапазоне, что и дает нам возможность без помех слушать радиопередачи. Для борьбы с воровством в магазинах, музеях, библиотеках и аэропортах используются различные электронные системы. Такие устройства работают на частоте 0,1–10 кГц–1 МГц, при напряженности магнитного поля равной 1– 10 Э. В радиочастотном и мегагерцевом диапазонах основными источниками электромагнитных излучений являются радио-, телевизионные и радиолокационные станции. Радионавигационные станции представлены несколькими типами: метеорологическими, гражданской авиации и военными. Все они создают достаточно высокую интенсивность ЭМП, прежде всего в районе их размещения. Модулированное по амплитуде и частоте поле, суммируясь с другими ЭМП антропогенного происхождения, создают новую, не свойственную биосфере, электромагнитную среду. Вывод: с экологической точки зрения ситуацию можно рассматривать на уровне экологической угрозы планетарного масштаба, которая способна изменить саму направленность эволюционного процесса в биосфере и привести к непрогнозируемым последствиям, как для всего человечества, так и для биосферы.
3.(39) Влияние ЭМП на биосистемы.
Степень воздействия ЭМП на биосистемы зависит от частоты колебаний, напряженности и интенсивности генерации (импульсное, непрерывное), длительности воздействия. Действие полей разных диапазонов неодинаково. Так наиболее устойчивы микроорганизмы и растительные сообщества. Многочисленные исследования показывают, что низкочастотные электрические и магнитные поля в диапазоне напряженностей по электрической составляющей до 1 кВ/м и по магнитной до 100 Э оказывают, как правило, стимулирующее влияние на рост, размножение, вирулентность, энергетические и обменные процессы микроорганизмов. В то время, как ЭМП более высоких значений интенсивности, приводят к торможению биохимических реакций и угнетению жизнедеятельности микроорганизмов. Аналогично и для растений, при обработке семян низкочастотными ЭМП приводило к более ранней всхожести, а при более высоких уровнях ЭМП повышали стерильность пыльцы и отрицательно влияли на урожайность. Поведение насекомых меняется в зависимости от электромагнитного состояния атмосферы, на ориентацию и положение тела в покое у некоторых насекомых оказывает влияние направление вектора ГМП. Различные исследователи выявили однотипные изменения в поведении пчел: повышенную агрессивность, беспокойство, прополисование лоткового отверстия, повышение температуры в ульях, повышенное потребление пищи (на 20%), снижение работоспособности фуражиров, снижение продуктивности до 50% от контроля. Выраженное изменение поведения наступает в основном в полях 4 кВ/м и выше. максимум чувствительности пчел и ос приходится на частоту 500 Гц. В основе механизма восприятия насекомыми ЭП, очевидно, лежит явление образования на поверхности их тела зарядов трибоэлектрической природы. Установлено, что на теле активных рабочих пчел заряды достигают величины 50–80 нКл, Таким образом, ЭМП низкочастотного диапазона оказывают влияние на поведение насекомых, их физиологическое состояние и информационные отношения между особями.
4.(40) Экологическая роль флуктуаций естественных ЭМП.
Экспериментальное подтверждение глобального влияния солнечной активности на кинетику химических реакций было получено итальянским ученым Дж. Пиккарди. Сливая вместе прозрачные растворы солянокислого хлористого висмута и воду, ученый получал молочно-белый коллоидный раствор, частицы которого оседают, и он вновь становится прозрачным. Используя период оседания хлористого висмута в качестве тест-реакции, Дж. Пиккарди установил коррелятивную зависимость между скоростью реакции и активностью Солнца. Выяснением роли электромагнитных полей, оказывающих влияние на оседание хлористого висмута занялись томские ученые Г.Ф. Плеханов и А.М. Опалинская. В первой серии экспериментальных исследований была установлена достоверная корреляционная связь между колебаниями геомагнитного поля (ГМП) и временем реакции оседания хлористого висмута. Во второй серии опытов изучался эффект экранирования от внешних электромагнитных полей: 1 – удалением электрических промышленных установок; 2 – сварным железным экраном – коэффициент ослабления ~102; 3 – четырехслойным
пермаллоевым экраном с коэффициентом ослабления ~ 106. Результаты исследований свидетельствуют о влиянии экранирования на ход реакции оседания хлористого висмута, что выражается в стабилизации времени реакции. В третьей серии экспериментов исследовалось влияние слабых электромагнитных полей, амплитудное значение которых соответствовало максимальным значениям естественных геомагнитных возмущений ~ 50–1000 g (1 Э = 105g). С увеличением частоты ПеМП чувствительность реакции заметно уменьшается. Сотрудниками Крымской обсерватории с Ю.Н. Ачкасовой исследования выявили достоверную коррелятивную взаимосвязь между КПК и размножением
бактерий. Таким образом, в результате многочисленных и тщательно проведенных исследований установлено, что солнечная активность вызывает флуктуации ГМП, которые, в свою очередь, оказывают влияние на физико-химические и
биологические процессы. Следовательно, естественный электромагнитный фон Земли можно рассматривать в качестве одного из системообразующих экологических факторов. (флуктуация – колебание или любое периодическое изменение)
5.(41) Экологические особенности реакций биосистем в магнитных полях.
Многие биологические объекты способны воспринимать вектор геомагнитного поля..солнечная активность вызывает флуктуации ГМП, которые, в свою очередь, оказывают влияние на физико-химические и биологические процессы. В основе магниточувствительности различных организмов лежит процесс биоминерализации, т.е. совокупность биохимических реакций, в результате которых организмы образуют твердые минеральные включения. Образование магнетита, обладающего ферромагнитными свойствами, происходит с помощью специализированных биохимических систем,
механизм которых кодируется геном бактерий, процесс биоминерализации характерен для широкого класса организмов и лежит в основе магниторецепции. Случайные, месячные, годовые вариации ГМП, обусловленные солнечной активностью, содержат информацию о географической широте и времени, а локальные магнитные аномалии могут быть использованы в качестве ориентиров при миграциях животных.
6.(42) Экологическое влияние ЭМП низкочастотного диапазона.
Под низкочастотным диапазоном в электромагнитобиологии подразумевают ЭМП с частотами от 0 до 1000 Гц. (в основном 50Гц-электрическое поле, промышленной частоты)
Мелкие птицы облетают токонесущие провода на расстоянии около 1 м. Под проводами ЛЭП в скворечниках уменьшается величина кладки яиц, увеличивается эмбриональная и постэмбриональная смертность, меняется динамика развития птенцов, что приводит в целом к снижению успешности гнездования на 8–12%. Кровососущие комары меньше нападают на человека. У мышиного горошка повышается на 16% частота встречаемости недоразвитых соцветий и на 15–27% чаще нарушается микроспорогенез. ЭП ЛЭП влияет на характер движения летающих насекомых, которые, попадая в зону 30–50 см от проводов, резко меняют направление полета, а залетая под провода, сразу же теряют способность к полету и падают вниз. Наиболее вероятной причиной всех отмеченных феноменов является механоэлектрический эффект. Для подавляющего большинства насекомых, воспринимающих электрические поля через электромеханические эффекты, наибольшую реакцию следует ожидать при использовании полей низкочастотного диапазона. Даже незначительное искажение сигнала, вызванное колебанием рецепторных органов в поле, приводит к нарушению реальной картины окружающей обстановки, что сказывается на поведении насекомых, стремящихся либо покинуть поскорее опасную зону, либо совершить посадку. В таких условиях нарушается пищевое, репродуктивное поведение и реализуются поведенческие стереотипы, связанные с самосохранением. При воздействии ЭМИ происходит нарушения функционирования спермотозойдов, что приводит к более раннему в возрастном аспекте проявлению импотенции и стерильности организма. Длительное влияние электрического поля промышленной частоты вызывает нарушения в обмене веществ, в водно-солевом балансе,
приводит к напряжению систем адаптации и хроническому стрессу в постнатальном развитии, который наиболее выражен в критические периоды онтогенеза животных.
7.(43) Электромагнитные воздействия на водные экосистемы.
Все водные обитатели чувствительны к ЭМП, т.к. электромагнитные поля в водной среде реализуются в виде токов с различными градиентами и частотой в зависимости от диэлектрической проницаемости воды. Эволюция современных видов организмов в океане проходила при естественных уровнях полей, такие как теллурические, индукционные токи, образуемые морскими волнениями, диффузионные токи, биоэлектрические, суспензионные и д.р. Эволюция водных систем на протяжении миллионов лет происходила в относительно слабоэлектрической среде, возмущаемой грозовыми разрядами, соответственно электромагнитным условиям водной среды сформировались и пороги чувствительности рыб к электрическим полям. В отличие от естественных полей ЭМП создаваемые в результате деятельности человека, превышают природные на несколько порядков. Так, сильные токовые поля возникают при пересечении ЛЭП СВН, рек, при пересечении нефте- и газопроводов, где постоянное электрическое поле используется в качестве антикоррозионной защиты. Помимо этого, на водные системы дополнительно оказывают влияние все наземные, воздушные и космические источники электромагнитных полей. Известно, что рыбы – обитатели среды, обладающей высокой электропроводностью. Являясь наиболее древним классом позвоночных животных, рыбы прошли длительный путь эволюции при развитии электрической ориентации в водной среде. Рыбы по степени электрочувствительностью, подразделяются на две группы: высокочувствительные к токовым полям виды, имеющие специальные электрические рецепторы с чувствительностью от сотых долей микровольта до нескольких десятков микровольт на сантиметр. Относительно менее восприимчивые к токовым полям виды, не имеющие специальных электрорецепторов с чувствительностью от долей милливольта на сантиметр до нескольких десятков милливольт на сантиметр. У рыб, не имеющих электрических рецепторов, электрический ток воспринимается как неадекватный раздражитель. Необходимо также отметить, что речные рыбы способны генерировать собственные электрические поля, позволяющие им лучше ориентироваться в пространстве. Значение электрических полей, генерируемых рыбами, чрезвычайно велико. Так, они используются в качестве сигналов опознания пищевых объектов и как групповые сигналы, позволяющие рыбам собираться вместе, сигналы агрессивно-оборонительные, сигналы межполовые для опознания и брачных игр и при пространственной ориентации. Следует заметить, что постоянно действующие искусственные слабые электрические поля являются биологически активным фактором, оказывающим существенное влияние на ихтиофауну.
8.(44)(46????) Характеристика радиочастотных ЭМП как экологического фактора.
К радиочастотному диапазону относят электромагнитного излучения в диапазоне частот от 3 кГц до 60 ГГц. Излучения этого типа называют радиоволнами. В зависимости от длины волны излучения их называют соответственно длинные, средние, промежуточные, короткие, метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и переходные. Основной способ организации радиосигналов – модуляция электромагнитного излучения. (главная функция_ до 1000 герц-развив жив.организмы, он не естественен эволюционно для всей экосистем, он стал глобальным по всей земле. Последствия-увеличение онколог заболеваний, сердечно сосдистое, непрогнозированоое последствие)
9.(45) Естественные и техногенные источники электромагнитных излучений радиочастотного диапазона.
Естественными источниками ЭМИ в биосфере являются радиоволны, генерируемые космическими источниками. Кроме того, излучения возникают в результате некоторых процессов, происходящих в атмосфере Земли (разряды молний), при возбуждении колебаний в ионосфере Земли. Все эти излучения характеризуются широким диапазоном частот, имеют случайный, нерегулярный характер возникновения с относительно низким уровнем интенсивности. По этим причинам суммарный эффект воздействия таких излучений на биосистемы считается незначительным. В России размещено значительное количество передающих радиоцентров (ПРЦ) НЧ- , СЧ- и ВЧ-диапазонов, среди которых более 100 принадлежит Министерству связи России. РПЦ (радиопередающие центры) размещены вспециально отведённых зонах и могут занимать обширные территории (до 100 га). Зону возможного неблагоприятного действия ЭМИ, создаваемых
РПЦ, можно условно разделить на две части. Первая часть зоны – собственно территория РПЦ, где расположены все службы, обеспечивающие работу передатчиков и антенно-фидерных систем. Доступ в эту часть зоны ограничен, она охраняется. Вторая часть зоны – прилегающие к РПЦ территории, доступ куда не ограничен и где могут размещаться различные постройки, в том числе и жилые. В этом случае появляется угроза облучения населения, присутствующего в этой части зоны. Радиостанции ДВ (30 – 300 кГц). В этом диапазоне длина волны относительно большая (200 м для 150 кГц). На расстоянии одной длины волны или менее от антенны излучение может быть большим. Телевизионные передатчик располагаются в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте более 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстояниях от нескольких метров до нескольких км. Типичные значения напряжённости электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1МВт. Сотовая связь. Работа этой системы основана на принципе деления некоторой территории на зонырадиусом 0,5 – 2 кмВ узлах сот расположены базовые станции (БС), обслуживающие базовые территории, находящиеся в зоне их действия. БС являются приёмо-передающими радиотехническими объектами, излучающими
электромагнитную энергию в диапазоне 300 – 3000 МГц. Из-за многолучевого распространения ЭМИ (переотражения)
существует вероятность попадания излучений в помещения и балконы верхних этажей близкорасположенных зданий, а так же в помещениях последних этажей зданий на расстоянии 200 – 300 м от БС. Мобильная радиосвязь. Системы мобильной радиосвязи на несущей частоте 27 МГц имеют большое распространение во многих странах мира и
России. Они представляют собою станцию и абонентские станции, установленные на автомобилях или предназначенные для использования в руках. Напряжённость электрического поля ручных радиостанций может достигать до 200 В/м на расстоянии 3 см от антенны. Напряжённость электрического поля базовой станции этой системы может достигать 900 В/м на расстоянии 5 см от антенны. С учётом требований мер безопасности подобные системы связи требуют использование средств защиты. Системы охранной сигнализации. В последнее время в России появился ещё один источник электромагнитного облучения – системы охранной сигнализации, которые плохо контролируются. Генераторы УВЧ- и СВЧ- диапазонов имеют выходную мощность до 50 Вт, антенны кругового обзора работают в непрерывном режиме генерации сигналов, причём они могут устанавливаться либо в пунктах контроля территории, либо прямо на
балконах охраняемых домов. Поэтому ППЭ излучения может достигать сотен мВт/см2 и оказывать неблагоприятное влияние на здоровье человека.
10.(46) Экологические и биологические аспекты действия радиочастотных электромагнитных излучений.
К радиочастотному диапазону относят электромагнитного излучения в диапазоне частот от 3 кГц до 6000 ГГц
Выделяют 3 типа реакций организма на ЭМ воздействие:
Особо чувствительными к действию ЭМИ являются нервная система, особенно центральная, сердечно – сосудистая, эндокринная, иммунная и репродуктивная. Поражаются также и другие ткани, особенно хрусталик газа и весь организм в критические периоды развитии.
Наиболее опасными являются модулированные поля. ЭМП сотовых телефонов, телевидение, радио, всё это модулированные поля. Они представляют большую угрозу особенно на эмбриональное развитие.
Реакции ЦНС на влияние ЭМИ обусловлено:
Влияние ЭМИ на нервную систему. При воздействии ЭМИ происходит увеличение количества раковых заболеваний , глухоте, головным болям, утомляемости. Реакции сердечно сосудистой системы Воздействия ЭМИ приводит возникновению болей в сердце, нарушение артериального давления, частоты сердечного сокращения, уменьшению количества эритроцитов и лейкоцитов. Наиболее распр. заболевание связанное с действием ЭМИ – это нарушения частоты сердечных импульсов, изменение сердечного давления, стенокордия. Иммунная система. Специализированная система, обеспечивающая иммунитет, т.е способность защищаться от чужеродных тел и веществ. Воздействие ЭМИ приводит к снижению общей ризистентности организма. Наиболее распр. заболевание Артрит – иммунная система начинает разрушать свои клетки, катаракта (помутнение хрусталика глаза). Репродуктивная Система. При воздействии ЭМИ происходит нарушения функционирования спермотозойдов, что приводит к более раннему в возрастном аспекте проявлению импотенции и стерильности организма.
11.(47) Действие ЭМИ на индивидуальное развитие.
Значительные нарушения под действием электромагнитных полей могут происходить в процессе формирования организмов: в эмбрионе, в зародыше, в период развития и роста. На этих стадиях биологические процессы могут быть не только нарушены, но и полностью подавлены. Различные электромагнитные поля могут вызывать тератогенные эффекты
(уродства) при облучении беременных самок теплокровных животных на ранних стадиях развития плода. Наиболее чувствительными периодами тератогенеза являются критические стадии развития зародыша, соответствующие периодам раннего органогенеза. Плодотворность использования дрозофилы в качестве тест-объекта была продемонстрирована целым рядом работ, в которых обнаружены общие закономерности тератогенного влияния радиочастотных ЭМИ.
12.(48) Нормирование ЭМИ.
Для переменного магнитного поля (ПеМП) промышленной частоты в России допустимый уровень на рабочем месте не должен превышать 200 Э.В качестве предельно допустимых уровней приняты следующие значения напряженности электрического поля: внутри жилых помещений – 0,5 кВ/м;
на открытой территории зоны жилой застройки – 1 кВ/м; в населенной местности: земли городов, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселкового типа, в сельских населенных пунктах и на
территории огородов и садов – 5 кВ/м; на участках пересечения высоковольтных линий с автомобильными дорогами – 10 кВ/м; в незастроенной местности, доступной для транспорта, и с/х угодья – 15 кВ/м; в труднодоступной местности и на выгороженных участках – 20 кВ/м. Для радиочастотных ЭМИ падпющий поток энергии (ППЭ)=10 мквт/см2.
Анализ вышеприведенных регламентирующих нормативов-уровней низкочастотных полей позволяет прийти к заключению, что ни в одном случае, как в российской, так и международной практике, не рассматриваются проблемы экологической оценки ЭМП.
Нормирование идет в пределах адапртации.
- Предельно допустимый уровень (ПДУ) для всего населения – это такие воздействия ЭМП, которые приводят к нормальному адаптивному ответу организма без напряжения регуляторных механизмов при длительном воздействии и не вызывают достоверных изменений показателей различных систем организма (т.е. воздействие абсолютно безопасно);
- ПДУ для работающих лиц – воздействия на уровне умеренных компенсаторных систем, характерных для обычного адаптивного ответа организма на внешнее воздействие (по длительности не превышающее рабочую смену);
- предельно переносимые воздействия (ППВ) – это такие воздействия, которые приводят организм к резко выраженному напряжению регуляторных систем, то есть на грань их срыва и перехода в патологическое состояние.