ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ
Кафедра «Экология и безопасность жизнедеятельности»
С.И. Гетия, О.С. Кочетов
ЭКОЛОГИЯ ТЕРРИТОРИЙ
Учебное пособие
Москва, 2010
УДК 331.45
Рекомендовано к изданию в качестве учебного пособия редакционно-издательским советом МГУПИ
Рецензент: кандидат технических наук, профессор В.А. Муравьев (Московский институт стали и сплавов - Технический университет)
Авторы: Гетия С.И. - к.т.н., к.с.н., доцент; О.С. Кочетов – д.т.н., профессор. Экология территорий: учебное пособие. - М.: МГУПИ, 2010. 99 с.
В учебном пособии представлены материалы по дисциплине «Экология территорий», которые излагаются на лекциях и изучаются студентами самостоятельно.
Материалы изложены на основе стандарта образования дисциплины «Экология территорий» для специальности «Государственное и муниципальное управление».
Табл. 8. Ил. 26. Библиограф.: 14 назв.
УДК 331.45
Гетия С.И., 2010
Кочетов О.С., 2010
МГУПИ, 2010
СОДЕРЖАНИЕ стр.
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................................................................................................ 5
1. ЭКОЛОГИЯ ТЕРРИТОРИЙ КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ. ЧЕЛОВЕК В ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ НА РАЗЛИЧНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ......................................................................................................................................................................... 6
1.1. СТРОЕНИЕ И ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ............................................................................................................................................................ 6
1.2. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ............................................................................................................................................... 9
1.3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ СИСТЕМ............................................................................................................ 11
1.4. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ............................................................................................................................... 14
1.5. УСЛОВИЯ И РЕСУРСЫ СРЕДЫ............................................................................................................................................................ 14
1.6. ПОПУЛЯЦИИ И СООБЩЕСТВА........................................................................................................................................................... 17
2. ПОНЯТИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В КОНТЕКСТЕ ЭКОЛОГИИ ТЕРРИТОРИЙ. СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ЭКОСИСТЕМ.......................................................................................................................................................................................................... 24
2.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ............................................................................................................................................................. 24
2.1.1. Понятие экологической системы................................................................................................................................................. 24
2.1.2.Живое, косное и биокосное вещество (по В.И.Вернадскому)......................................................................................... 25
2.1.3. Законы В.И.Вернадского................................................................................................................................................................... 26
2.2. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ........................................................................................................................................................................................ 27
2.2.1. Понятие простых и сложных пищевых цепей........................................................................................................................ 27
2.2.2. Экологические пирамиды................................................................................................................................................................ 30
2.3. ЦИРКУЛЯЦИЯ ВЕЩЕСТВ....................................................................................................................................................................... 31
2.4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ЭНЕРГИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ........................................................................................... 33
2.4.1. Понятие энергетических ресурсов............................................................................................................................................... 33
2.4.2. Энергия в экологических системах............................................................................................................................................ 33
3. ЭКОЛОГИЯ ТЕРРИТОРИЙ И СОЦИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ........................................................................................................... 36
3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ............................................................................................................................................................................. 36
3.2. ЭНЕРГИЯ И ВЕЩЕСТВА........................................................................................................................................................................... 39
3.2.1. Энергия...................................................................................................................................................................................................... 39
3.2.2. Пищевые вещества.............................................................................................................................................................................. 42
3.2.3. Минеральные соли и вода................................................................................................................................................................ 43
3.3. КЛИМАТИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ........................................................................................................................................................ 45
3.3.1. Общие сведения..................................................................................................................................................................................... 45
3.3.2. Температурная среда......................................................................................................................................................................... 46
3.3.2. Реакция организма на перегрев..................................................................................................................................................... 48
3.3.4. Реакция организма на охлаждение............................................................................................................................................ 48
3.3.5. Границы зоны комфорта................................................................................................................................................................... 49
3.4. БОЛЕЗНИ......................................................................................................................................................................................................... 49
4. ГЛОБАЛЬНЫЕ, РЕГИОНАЛЬНЫЕ И ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ................... 54
4.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ.......................................................................................................................................................................... 54
4.2. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И СТАБИЛЬНОСТЬ ПОПУЛЯЦИЙ.................................................................................................. 55
4.2.1. Общие сведения..................................................................................................................................................................................... 55
4.2.2. Процессы, регулирующие численность популяций............................................................................................................. 59
4.2.3. Экологические показатели............................................................................................................................................................. 59
4.3. ГЛОБАЛЬНЫЕ И ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА..................................................................................... 61
4.3.1. Основные сведения............................................................................................................................................................................. 61
4.3.2. Природные экосистемы суши........................................................................................................................................................ 62
4.3.3. Лесное и сельское хозяйство......................................................................................................................................................... 62
4.3.4. Гидрология и водные ресурсы........................................................................................................................................................ 63
4.3.5. Мировой океан и прибрежные зоны............................................................................................................................................. 63
4.3.6. Сезонный снежный покров, лед, вечная мерзлота............................................................................................................... 63
4.3.7. Энергетика, транспорт и промышленность............................................................................................................................. 64
4.4. ПРОБЛЕМЫ МЕГАПОЛИСОВ, КАК ОСОБЫХ ТЕРРИТОРИЙ................................................................................................ 64
4.4.1. Общие сведения..................................................................................................................................................................................... 64
4.4.2. Классификация городов по численности населения......................................................................................................... 64
4.4.3. Зонирование территории................................................................................................................................................................... 65
4.4.4. Влияние крупных городов на климат......................................................................................................................................... 66
4.4.5. Радиационная экология................................................................................................................................................................... 68
4.5. РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ..................................................................................................................................................... 73
4.6. СНИЖЕНИЕ ВИДОВОГО РАЗНООБРАЗИЯ...................................................................................................................................... 74
5. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ.......................................... 74
6. УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ И ОСНОВЫ ОХРАНЫ БИОСФЕРЫ............................................................................................... 79
6.1. РАЗВИТИЕ БИОСФЕРЫ............................................................................................................................................................................ 79
6.2. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ......................................................................................................................................................... 79
6.2.1. Кругооборот воды................................................................................................................................................................................ 80
6.2.2. Кругооборот углерода........................................................................................................................................................................ 80
6.2.3. Кругооборот азота............................................................................................................................................................................... 81
6.2.4. Кругооборот серы................................................................................................................................................................................. 82
6.2.5. Кругооборот фосфора......................................................................................................................................................................... 83
6.2.6. Ландшафтный и экосистемный подход к изучению изменений биосферы............................................................ 83
6.3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ НЕОБХОДИМОСТИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ............................................................. 86
6.4. ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО РАЗВИТИЯ................................ 88
6.5. ПУТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В БИОСФЕРЕ................................................................ 91
7. ПРАВОВОЕ РЕГИЛИРОВАНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ............................................................................... 92
7.1. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ............................................................................................................................................................. 92
7.2. МЕЖДУНАРОДНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИИ.......................................................................................... 94
7.3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ............................................................................... 95
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................................................................................................ 97
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ........................................................................................................................................................................... 98
ВВЕДЕНИЕ
Экологию в настоящее время определяют как науку об отношениях растительности и животных организмов, а также образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой. Термин экология происходит от греческих слов «ойкос» – дом, жилище, местопребывание и … «логия» – наука.
Объектами экологии являются популяции организмов, виды, сообщества, экосистемы и биосфера в целом. Изучение общих закономерностей взаимоотношений человека, общества и природы выделяют в особое направление – экологию человека.
Автором термина «экология» является Эрнст Геккель, который еще в прошлом веке определил экологию, как область знаний, изучающую общие взаимодействия живых организмов как с живой, так и с неживой природой.
В результате развития человеческой цивилизации и усиливающегося антропогенного воздействия на окружающую среду в биосфере происходят изменения, которые могут иметь катастрофические для общества последствия.
В результате хозяйственной деятельности людей внесены изменения в естественные циклы обмена энергией и веществами в биосфере. Многие из антропогенных воздействий привели к тому, что уже признан ряд проблем, которые относят к глобальным, региональным и территориальным проблемам окружающей среды.
В связи с этим сформировалась новая дисциплина, которая называется "Экология территорий".
К одной из основных задач дисциплины "Экология территорий" следует отнести формирование экологического мировоззрения. При решении данной задачи крайне важным является осознание концепции устойчивого развития, под которым понимают развитие, направленное на удовлетворение нужд настоящего поколения, но не лишающего грядущие поколения также удовлетворять свои нужды. В соответствии с данной концепцией вопросы экологического, экономического и социального равенства тесно взаимосвязаны и должны рассматриваться вместе и неразрывно.
В соответствии с общепринятыми в мировой практике концепциями национальное богатство должно включать в себя наряду с инфраструктурой, всеми видами машинного оборудования, строений и природных богатств (полезные ископаемые, воды, почвы, флора и фауна) еще и "человеческий капитал" (образование, здоровье, умение). Причем, чем более развита страна, тем большую долю в национальном богатстве составляет "человеческий капитал". В современное время доля экологического образования и воспитания в образовании составляет все более растущую часть, так как любые специальные технические знания должны основываться на экологических принципах, как это принято в развитых странах.
Особенно актуальным в экологическом образовании является формирование экологической этики (совокупности моральных и нравственных норм поведения), поскольку в дальнейшем нормы поведения в повседневной жизни и трудовой деятельности должны быть направлены прежде всего на сохранение благоприятной для жизни настоящего и последующих поколений среды обитания, достижения устойчивого развития государств и, в целом, человеческой цивилизации.
ЭКОЛОГИЯ ТЕРРИТОРИЙ КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ. ЧЕЛОВЕК В ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ НА РАЗЛИЧНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ.
СТРОЕНИЕ И ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ
Биосфера – это часть планеты, включающая область распространения жизни. Биосфера включает в себя атмосферу (газообразную оболочку Земли), гидросферу (водоемы Земли с населяющими их живыми организмами), литосферу (недра Земли и почва).
Атмосфера представляет собой газообразную оболочку, сохраняющую неустойчивое равновесие. Атмосфера предохраняет Землю от агрессивного влияния космоса, жары, части ультрафиолетового излучения, пропуская солнечный свет. Земная атмосфера разделяется на несколько слоев (уровней). Между этими уровнями нет четко определенных границ, ближе к поверхности Земли происходит переход от экзосферы (на высоте более 500 км – из-за большой удаленности часть ее поглощается межпланетным пространством) к термосфере, далее - к мезосфере (на высоте от 50 до 500 км, которая представляет собой более устойчивый слой земной атмосферы, так как входящие в ее состав частицы подвержены земному притяжению), затем к стратосфере (на высоте от 15 до 50 км) и тропосфере (до высоты 15 км: в этой нижней части атмосферы располагается среда обитания всех земных живых организмов, животных и растений). В стратосфере ультрафиолетовые лучи воздействуют на кислород, образуя озоновый экран (озон – О3), который пропуская часть солнечного излучения, создает условия для жизни на Земле. Разрушение озонового слоя может привести к гибели живых организмов. На поверхности Земли температура может изменяться от -70°С в районах полюсов до +60°С в зоне тропиков. Атмосфера Земли состоит примерно на 79% из молекул азота, на 20% - из молекул кислорода, а остальное составляет углекислый газ, водород, озон, а также инертные газы (аргон, неон, криптон, ксенон и др.). Воздух при контакте с землей и поверхностью океанов, морей и рек насыщается водой, создавая условия для поддержания жизни на планете.
Гидросфера Земли включает в себя океаны, моря, реки, озера и другие водоемы. В океанах и морях аккумулировано около 95 % воды на Земле. Полярные льды, арктические и антарктические ледяные покровы составляют еще около 2% водных запасов. Все остальное – пресная вода, содержащаяся в различных слоях земли, озерах, реках и в виде атмосферных испарений. Без воды не было бы жизни на нашей планете: именно в океане, не пропускающем ультрафиолетовые лучи, появились и стали эволюционировать первые живые организмы на Земле. Все клетки живых организмов имеют в своем составе воду. Таким образом, животный и растительный мир также принимает участие в круговороте воды в природе.
Литосфера – внешняя оболочка Земли, представляет собой совокупность литосферных плит, перемещение которых вызывает ответные реакции земной коры. Если две плиты расходятся (режим дивергации), промежуток между ними заполняется магмой и образуется новая кора. Если плиты сходятся (режим конвергации), или одна из них погружается в глубинную часть мантии, или же когда две плиты надвигаются одна на другую и одна из них проскальзывает под другую, они подвергаются воздействию растущей температуры и сил сжатия. Эти перечисленные зоны – места сейсмической активности, проявлениями которой являются извержения вулканов и землетрясения. Примером этому является зона сейсмической активности вокруг Тихого океана. Впервые гипотеза тектоники литосферных плит была выдвинута в 1924 году ученым А. Вегенером. В соответствии с этой гипотезой литосферные плиты, из которых состоит поверхность Земли находятся в непрерывном движении. Этот процесс происходил в различные геологические эпохи, продолжается он и сейчас. В отдаленное от нас время на Земле существовал единый первичный континент, который называют Пангеей. Этот сверхконтинент начал распадаться на отдельные части примерно 180 млн. лет назад. Около 120 млн. лет назад произошел раскол первичного континента и в области современной Южной Атлантики образовалась суша, называемая Гондваной, в состав которой вошли Африка, Южная Америка, Мадагаскар, Индия, Австралия и восточная часть Антарктиды. В северной части Атлантики образовался массив суши, называемой Лавразией, в который вошли современная Северная Америка, Европа и часть современной Азии. Постепенно в результате перемещения литосферных плит очертания континентов приняли современный вид.
Историю Земли принято делить на промежутки времени, границами которых являются крупные геологические события: горообразовательные процессы, поднятия и опускания суши, изменения очертаний материков, уровня океанов. Движение литосферных плит, разломы земной коры сопровождались усиленной вулканической деятельностью, в результате которой в атмосферу Земли выбрасывалось большое количество газов и пыли. В результате этого снижалась прозрачность атмосферы, что вело к снижению количества солнечной энергии, поступавшей к поверхности Земли. Это являлось одной из причин длительных похолоданий. На протяжении этих периодов изменялись климатические условия, животный и растительный мир: одни группы живых организмов исчезали, другие сохранялись и развивались. На протяжении длительного периода развития геосферы и биосферы Земли происходили значительные изменения, которые приводили к изменениям как природных условий, так и живых организмов. Но эти изменения давали новый импульс эволюции биосферы. Человек, как фактор, стал активно воздействовать на биосферу сравнительно недавно, но это воздействие осуществляется в период, когда биосфера в процессе своего развития достигла устойчивого состояния. Поэтому крайне важным является оценка возможных последствий к которым может привести антропогенная составляющая дальнейшего изменения биосферы, так как протекающие процессы в ряде случаев коренным образом отличаются от проходивших очень длительное время естественных процессов в биосфере. Ниже приведена геохронологическая шкала, показывающая эволюцию биосферы Земли (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Геохронологическая шкала
| Название эр и их длительность, млн. лет | Возраст эр, млн. лет | Периоды и их длительность, млн. лет | Животный и растительный мир |
| Кайнозойская (эра новой жизни), 60-70 | 60-70 | Антропоген, 1,5-2 | Появление и развитие человека, животный и растительный мир принимают современный облик |
| Неоген, 25 Палеоген, 41 | Господство млекопитающих и птиц, расцвет насекомых, господство покрытосеменных растений | ||
| Мезозойская (эра средней жизни), 173 | Меловой, 70 | Появление высших млекопитающих и птиц, распространение покрытосеменных растений | |
| Юрский, 58 | Господство пресмыкающихся и голосеменных растений | ||
| Триасовый, 45 | Начало расцвета пресмыкающихся, появление первых млекопитающих |
Продолжение табл. 1.1
| Палеозойская (эра древней жизни), 330 | Пермский, 45 | Быстрое развитие пресмыкающихся, исчезновение лесов каменноугольного периода, появление голосеменных | |
| Каменноугольный, 55-75 | Расцвет земноводных, возникновение первых пресмыкающихся, преобладание древних хвощей, развитие грибов | ||
| Девонский, 50-70 | Появление кистеперых раб и стегоцефалов, возникновение грибов, распространение на суше высших споровых | ||
| Силурийский, 30 | Преобладание кораллов, выход растений на сушу | ||
| Ордовикский, 60 | Распространение морских беспозвоночных | ||
| Кембрийский, 70 | Распространение водорослей | ||
| Протерозойская (эра ранней жизни), 2000 | 2500 – 2700 | Все типы беспозвоночных | |
| Архейская (самая древняя эра), 900 | Следы жизни незначительны (бактерии, одноклеточные водоросли) |
