Лекции по "Экологии"

ЭКОЛОГИЯ и УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

Лекция 1

Понятие и предмет  экологии. Структура современной  экологии. Компоненты биосферы, биогеоценоз.

Термин «экология» (от греческого oikos— дом, жилище, место  обитания и logos— наука) был введен в научный оборот немецким ученым Э. Геккелем в 1869 году. Им же было дано одно из первых определений экологии как науки, хотя те или иные ее элементы содержатся в трудах многих ученых, начиная с мыслителей Древней Греции. Биолог Э. Геккель рассматривал в качестве предмета экологии взаимоотношения животного с окружающей средой, и, первоначально, экология развивалась как биологическая наука. Однако постоянно возрастающий антропогенный фактор, резкое обострение отношений природы и человеческого общества, возникновение необходимости охраны окружающей среды неизмеримо расширили рамки предмета экологии.

В настоящий момент экологию необходимо рассматривать как комплексное  научное направление, которое обобщает, синтезирует данные естественных и  социальных наук о природной среде  и взаимодействии ее с человеком и человеческим обществом.

Экологизация коснулась  практически всех отраслей знаний, что привело к возникновению  целого ряда направлений экологической  науки. Эти направления классифицируются по предмету изучения, основным объектам, средам и т.п. Экологический цикл знаний включает около 70 крупных научных дисциплин, а экологический лексикон насчитывает примерно 14 тыс. понятий и терминов.

К сожалению, единой общепринятой классификации  направлений экологии не существует. Один из вариантов структуры современной экологии показан на рис. 1.1.

Наиболее распространенное понятие экологии. Экология – наука о биосфере  - сложной оболочке Земли, связанной с литосферой, гидросферой и атмосферой (тропосферой). Биосфера и ее отличие от других оболочек. Абиотическая и биотическая части биосферы как глобальной экосистемы (экосферы). Антропогенные воздействия на биосферу.

Биосфера -  ( греч. биос - жизнь) сложная  оболочка Земли, населенная  организмами, составляющими в совокупности живое  вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась настолько велика, что уже в первой трети ХХ века возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании – учение о биосфере, основоположником  которого является великий русский ученый В.И. Вернадский.

По новейшим данным, масса Земли  составляет 6 10 (21) т, объем – 1,083 10 (12) куб. км, площадь поверхности – 510, 2 млн кв. км. Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.

Наша планета имеет  не однородное строение и состоит  из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним  – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли – биосфера.

Литосфера (греч «литос» - камень) – каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океаном) до 8 км (горные системы). Земная кора сложена горными породами. Доля различных горных пород в земной коре неодинакова – более 70% приходится на базальты, граниты и др. магматические породы, около 17% - на преобразованные давлением и высокой температурой породы и лишь чуть больше 12,5 – на осадочные.

Гидросфера (греч. «гидора» - вода) – водная оболочка Земли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную. 

Поверхностная гидросфера – в нее входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Поверхностная  гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность на 70.8%.

Подземная гидросфера - включает воды, находящиеся в верхней части  земной коры. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить не возможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры. По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает 0.13%. Основную часть гидросферы  (96.53%) составляет Мировой океан.  На долю подземных вод приходится 1.69% от общего объема гидросферы, остальные воды рек, озер и ледников. Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и др. Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Весьма активно она влияет на атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой и т.д).

Атмосфера (греч. «атмос»- пар) – газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли(табл. 6.3). Общая масса атмосферы – 5.15 10 (15) т. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20-25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов.

Атмосфера физически, химически  и механически воздействуют на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги.

В формировании природной  среды Земли велика роль тропосферы (нижний слой атмосферы до высоты 8-10 км в полярных, 16-18 км в тропических  широтах) и в меньшей степени  стратосферы, области холодного  разряженного сухого воздуха толщиной примерно 20 км. Сквозь стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в нее выбрасывается вулканическая пыль, а в прошлом и продукты ядерных  взрывов в атмосфере.

Атмосфера, гидросфера и  литосфера тесно взаимодействуют  между собой. Практически все  поверхностные экзогенные и геологические процессы обусловлены этим взаимодействием и проходят, как  правило, в биосфере.

Биосфера – это внешняя оболочка  Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты. Взаимодействие абиотической части биосферы –воздуха, воды и горных пород и органического вещества – биоты обусловило формирование почв и осадочных пород.

Итак, биосфера, являясь  глобальной экосистемой (экосферой) состоит  из абиотической и биотической части. Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них есть еще живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой; 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т.п. Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов.

ЭКОЛОГИЯ и УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

Лекция 2

Глобальное  загрязнение компонентов биосферы. Виды загрязнения биосферы, в том  числе, промышленными объектами нефтегазовой отрасли.

Биосфера весьма динамичная планетарная  экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянно  изменялась под воздействием различных  природных процессов. В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов. Гарантом динамической устойчивости биосферы в течении миллиардов лет служила естественная  биота в виде сообществ и экосистем в необходимом объеме.

Однако по мере возникновения, совершенствования и распространения новых технологий планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, все в большей степени стала испытывать влияние новых небывалых по силе, мощности и разнообразию воздействий. Главнейшим  и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение.

Выделяют естественное загрязнение, возникающее в результате мощных природных процессов (извержение вулканов, лесные пожары, выветривание и пр.), без какого – либо влияния человека; и антропогенные, являющиеся результатом деятельности человека, иногда по масштабам воздействия, превосходящие естественное (Чернобыль, Арал, кислотные дожди, опасные отходы и т. д.). Различные типы загрязнения подразделяют на три основных: физическое, химическое и биологическое.

Физическое загрязнение  связано с изменением физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды.

Источником  теплового загрязнения в пределах городских территории служат подземные газопроводы промышленных предприятий (140-160 С), теплотрассы (50-150 С), сборные коллекторы и коммуникации (35-45 С) и т.д. Отрицательное воздействие на гидросферу обозначается ростом температуры воды, приводящим к уменьшению растворимости кислорода, что снижает активность всего биоценоза водных систем, к снижению процессов естественной минерализации органического вещества в водных системах, провоцирует рост активности синезеленых водорослей, еще более снижающих количество кислорода в водной среде. Некоторые живые организмы весьма чувствительны к колебаниям температуры.

Шумовое загрязнение. Для человека практически безвреден шум в 20-30 дБ, 80 дБ- допустимая граница, 130 дБ вызывает болевые ощущения, а 150- уже не переносимы. Воздействие шума не проходит для организма бесследно: подобно яду оно «накапливается» в нем. В средние века даже существовала казнь «под колокол», звон которого убивал приговоренного.

Электромагнитное  загрязнение.

Источником служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио- и телепередающих станций, а в последнее время также микроволновые печи, компьютеры и радиотелефоны. Отрицательное воздействие электромагнитных излучений разной частоты и интенсивности на организм человека и все живое на Земле периодически провоцируется Солнцем во время так называемых вспышек или магнитных бурь. Установлено, что при длительном воздействии электромагнитных полей даже у здоровых людей отмечается повышенная утомляемость, головные боли, чувство апатии и др.

Радиоактивное загрязнение.  Радиоактивное излучение проникает через живые ткани подобно крошечным пулям. Оно не оставляет внешних следов и само по себе не ощущается, но способно разрушать молекулы  в составе клеток.

Химическое  загрязнение – это изменения в естественных химических свойствах природной среды, в результате которых заметно повышается количество каких-либо веществ, превышающих естественный фон. Наибольшую проблему при химическом загрязнении создают некоторые ядохимикаты (тяжелые металлы и синтетические органические соединения), с трудом выявляемые из-за их очень низких концентраций, но способные постепенно накапливаться в организме, вызывая многочисленные расстройства здоровья, в том числе рак.

Тяжелые металлы – металлы с большим атомным весом (свинец, цинк, ртуть, медь, никель, железо, ванадий, кадмий и др.). Тяжелые металлы чрезвычайно ядовиты. Их ионы и некоторые соединения растворимы в воде и могут попасть в организм, где, взаимодействуя с рядом ферментов, подавляют их активность.

Синтетические органические  соединения.

 Сложные молекулы  в составе растительных и животных  организмов - это природные органические  вещества. Помимо них люди научились  получать сотни тысяч органических  соединений, которые напоминают  природные, но организм может  оказаться неспособным разлагать их или включать их в метаболизм. В результате они нарушают его функционирование. Наиболее опасны галогенированные углероды – органические соединения, в которых один или более атомов водорода замещены атомами хлора, брома, фтора или йода.

Как тяжелые металлы, так и галогенированные углеводороды особенно опасны ввиду способности к биоаккумуляции, которые в итоге создают токсическую концентрацию и наносят ущерб здоровью.

Биологическое загрязнение – это случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства чуждых им растений, животных и микроорганизмов (бактериологическое).

Особенно загрязняют среду предприятия, производящие антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, кормовой белок и др., т. е. предприятия, в выбросах которых присутствуют живые клетки и микроорганизмы. Также источниками биозагрязнения являются сточные воды, предприятия кожевенной и пищевой промышленности, кладбища, канализационная сеть и др.

Играя жизненно важную роль в экономике страны, предприятия нефтегазодобывающей отрасли являются одними из главных виновников сложившейся неблагоприятной экологической обстановки. Темпы и объемы загрязнения окружающей среды выбросами нефтеперерабатывающих предприятий приобрели особую общественную значимость в связи с увеличением добычи и переработки сернистых нефтей и серосодержащих газов. Кроме нефти, содержащей традиционные сернистые соединения (сульфиды, свободная сера и др.), возрастает доля добычи нефтей и конденсатов, содержащих соединения «активной» серы (меркаптаны, сероводород), что делает их добычу и переработку экологически опасной.

В процессе нефтепереработки большая часть загрязняющих веществ - 75% поступает в атмосферу, 20% - в  воду и 5% - в почву. Согласно экспертным оценкам на нефтепромыслах теряется до 3,5% всей добываемой нефти. Некоторое количество нефти теряется в системе сбора и сепарации на промыслах, а также при транспортировке по трубопроводам. Велики потери нефти из резервуаров вследствие несовершенства их конструкции.

При разведке и эксплуатации месторождений углеводородов вокруг каждой буровой установки происходит уничтожение растительности на 70-80% в радиусе 500-800 м. Из всего обилия видов загрязнения при эксплуатации месторождений наибольшую опасность представляют выбросы в атмосферу и разливы нефти при аварийных ситуациях. Основными причинами аварийных разливов нефти являются коррозия, дефекты строительно-монтажных работ, механические повреждения. Кроме того, на отечественных магистральных трубопроводах отсутствуют надежные системы предотвращения аварийных ситуаций. Система учета потерь на этапах добычи, сбора, хранения, транспортировки и переработки не отвечает современным требованиям ресурсосбережения. В среднем, в зоне месторождений и трасс нефтепроводов на каждый квадратный километр приходится 0,02 т разлитой нефти в год.