Б.И.Дегтерев
О С Н О В Ы Э К О Л О Г И И
Утверждено
Ученым советом ВятГТУ
в качестве курса лекций
Киров 1998
УДК 574 (07)
Дегтерев Б.И. Основы экологии. Курс лекций для студентов специальности 2903 «Промышленное и гражданское строительство». – Киров, ВятГТУ, 1998. 123 с.
Научный редактор д.т.н., профессор Флегентов И.В.
В лекциях изложены основы учения о биосфере, описаны основные виды антропогенных воздействий на природу и способы защиты литосферы, гидросферы и атмосферы.
Даны сведения об альтернативных, возобновляемых источниках энергии и способах их использования в промышленности, энергетике и строительстве. Рассмотрены принципы биопозитивности зданий и сооружений.
Работа подготовлена на кафедре промышленной экологии и безопасности Вятского государственного технического университета.
Ил. 68. Библ. назв. 9.
Рецензент: кафедра биологии промысловых зверей и птиц ВятГСХА, к.б.н., доцент В.В.Ширяев
© Б.И.Дегтерев, 1998
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время загрязнение природной среды продуктами деятельности человека достигло таких масштабов, что в ближайшем будущем актуальным может стать вопрос о выживании и дальнейшем существовании всей человеческой цивилизации. Мы живем в очень хрупком мире и становимся все более уязвимыми под мощным прессом нарастающих экологических проблем.
На нашу планету не поступают ресурсы извне, у нее нет возможности избавиться от накапливающихся отходов. Единственное, что мы получаем, это неисчерпаемая солнечная энергия, позволяющая поддерживать жизнь на всех ее уровнях.
Великое разнообразие растений и животных Земли взаимодействует между собой так, что каждый удовлетворяет свои потребности и одновременно способствует существованию других. Воздух и вода в ходе своего круговорота непрерывно очищаются. Механизмы саморегуляции стремятся поддерживать системы в равновесии друг с другом. Но неотвратимо нарастают проблемы: земной шар становится мал для строящихся городов, развивающейся промышленности, прибывающего населения.
Исследования ученых показывают, что деградация природной среды, воздействуя на иммунную систему организмов, вызывает их угнетение и разрушение. Хотя человеческая популяция обладает почти неограниченными адаптационными возможностями, скорость адаптации является конечной величиной. Поскольку скорость изменения существенных параметров среды обитания становится больше скорости адаптации, человечество уже сейчас оказывается перед фактом невозможности отдельных индивидуумов приспособиться к лавинообразной трансформации среды.
Негативные изменения в окружающей природной среде нарастают экспоненциально, когда исходные значения параметров увеличиваются на определенную абсолютную величину через все более и более короткие интервалы времени. Так, численность населения Земли увеличилась до 1 млрд. человек более чем за 1,5 млн. лет; рост численности до 2 млрд. человек произошел за 130 лет, до 3 млрд. - за 30 лет, до 4 млрд. - за 15 лет и лишь 12 лет потребовалось для достижения 5-миллиардного рубежа. Сейчас население планеты составляет почти 6 млрд. человек.
Соответственно по экспоненциальному принципу растут и антропогенные воздействия на природу. Это и вырубка лесов, и потребление нефти, угля, газа, других видов органического топлива с соответствующим ростом эмиссии в атмосферу газов, вызывающих парниковый эффект, кислотные дожди, разрушение озонового слоя.
Ресурсы Земли - воздух, вода, запасы продовольствия, минеральные ресурсы в скором времени уже не смогут обеспечить потребности экспоненциально увеличивающегося населения.
Большинство проблем окружающей среды не могут рассматриваться изолированно друг от друга. Все они имеют многосторонние последствия и тесно связаны с другими проблемами. Хлорфторуглероды (фреоны), выбрасываемые в атмосферу, не только разрушают озоновый слой, но и приводят к возникновению парникового эффекта. Производство электроэнергии за счет сжигания угля способствует эмиссии в атмосферу кислотообразующих оксидов серы и азота и большого количества углекислого газа, играющего важнейшую роль в возникновении парникового эффекта. Кроме того, при сжигании угля в атмосферу ежегодно выбрасывается до 700 млн. тонн твердых взвешенных частиц.
Добыча полезных ископаемых открытым способом уничтожает растительность - среду обитания различных видов животных и создает условия для эрозии почв. При сжигании деревьев (это наиболее распространенная практика расчистки тропических лесов) выделяется углекислый газ и одновременно уничтожается основной механизм его поглощения - деревья и другие виды фотосинтезирующих растений. И это при том, что в основном за счет сохранившихся пока тропических лесов поддерживается баланс кислорода на планете, а сжигают его более 20 млрд. тонн в год.
Одним из основных результирующих показателей качества среды обитания является здоровье населения. В России максимальный уровень продолжительности жизни отмечен для мужчин в 1986 г. (66,6 года) и для женщин в 1988 г. (76,6 года). С тех пор средняя продолжительность жизни мужчин в России снизилась более чем на 7 лет, а женщин – более чем на на 4 года. И по этому показателю Россия занимает сейчас 22 место в мире среди 46 наиболее развитых государств вслед за Мексикой наряду с Таиландом и Саудовской Аравией.
Одной из причин такого положения в нашей стране является то, что более 70 млн. россиян дышат воздухом, концентрации загрязняющих веществ в котором в несколько раз превышают предельно допустимые нормы.
Увеличилось поступление ядовитых отходов в воды морей и океанов, что также связано с ростом промышленности, транспорта, городов. Но самая главная из всех взаимосвязанных проблем - постоянно увеличивающаяся потребность в ресурсах экспоненциально растущего населения земного шара.
Еще в 60-е годы учеными был определен срок в 30-35 лет, по истечении которого человечество столкнется с трагическими последствиями своего пренебрежительного отношения к природе (прогноз Римского клуба «Пределы роста» под руководством Д.Медоуза; апокалипсис предрекался в 2100 г.). Уже сейчас ясно, что эти прогнозы полностью подтверждаются.
У нас практически не осталось времени для обсуждения и изучения экологических проблем. Необходимы решительные шаги к спасению биосферы. И если человек в корне не изменит своего отношения к природе, уже со средины будущего столетия может начаться необратимый процесс угасания цивилизации на Земле.
Все неблагоприятные глобальные изменения окружающей среды могли бы быть остановлены (даже при современном уровне потребления угля, нефти и газа), если бы удалось снизить на порядок величины уровень возмущения естественной биоты (т.е. уровень антропогенного воздействия на живые организмы и потребления их продукции), т.к. известно, что биота сохраняет способность контролировать условия окружающей среды, если используется менее 1% всей ее продукции. Остальная часть продукции должна распределяться между видами, выполняющими функции поддержания приемлемых для жизни условий окружающей среды. Однако сокращение уровня возмущения биоты и восстановление освоенных человеком площадей на планете возможно лишь путем сокращения численности глобального населения.
Вместе с тем более эффективное использование энергии, генерируемой за счет сжигания ископаемого топлива, позволяет существенно снизить выбросы углекислого газа, окислов серы и азота, уменьшая тем самым как парниковый эффект, так и количество кислотных осадков. Примером является вторичное использование бумаги, алюминия, стекла, обеспечивающее значительную экономию энергии, которая потребовалась бы для производства этих продуктов из первичного сырья.
Многие экологические процессы, например, глобальное потепление в результате парникового эффекта, уничтожение озонового слоя, истощение минеральных и энергетических ресурсов более или менее одинаково влияют на всю планету. Однако разделение ответственности за нарушение экологической обстановки происходит между странами мира далеко не так равномерно.
В промышленно развитых государствах проживает только около 25% населения Земли, тем не менее эти страны ответственны на 70% за действия, вызывающие названные негативные процессы.
Менее развитые страны также вносят свой вклад в проблемы, с которыми мы сталкиваемся: 9 из 10 новорожденных приходится на эти страны. Поскольку влияние, оказываемое на окружающую среду слишком большим количеством людей, лежит в основе многих экологических проблем, этим странам следует сделать вывод о необходимости снижения давления на природу, т.е. о контроле темпов рождаемости. Это может быть без каких бы то ни было неприятных последствий осуществлено посредством перехода к однодетной семье (как, например, провозглашено в Китае).
Глава 1.
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ
История развития экологической науки
Термин «экология» ввел в 1866 г. немецкий биолог Эрнст Геккель. Под экологией он понимал сумму знаний «о связях организма с окружающим миром» (по-гречески «ойкос» - дом, «логос» - учение). Однако задолго до него уже делались попытки осмыслить данную проблему.
Одна из древнейших наук, изучающих взаимовлияние всего живого и неживого в этом мире, - древняя китайская наука Функ Сой. Она зародилась около 3 тыс. лет до н.э. и базируется на практическом многовековом опыте наблюдений за поведением, настроением и здоровьем людей в различном окружении - в живой природе, городах, жилищах.
В эпических поэмах «Махабхарата» и «Рамаяна» (Древняя Индия, VI-IV вв. до н.э.) описан образ жизни и мест обитания около 50 видов животных. Эмпедокл из Акраганта (Древняя Греция, 490-430 гг. до н.э.) рассмотрел связь растений со средой. Аристотель (Древняя Греция, 384-285 гг. до н.э.) в «Истории животных» привел классификацию животных, имеющую экологическую окраску. Теофраст (Древняя Греция, 370-285 гг. до н.э.) в труде «Исследования о растениях» описал около 500 видов растений.
Предшественниками Геккеля можно считать и естествоиспытателей XVIII, а затем и XIX века. Так, французский натуралист Ж.Кювье (1769-1832) заметил, что живые организмы могут существовать только путем обмена веществ с внешней средой. Французские химики Ж.Б.Дюма (1800-1884) и Ж.Буссенго (1802-1887), немецкий химик Ю. фон Либих (1803-1873) выяснили значение зеленых растений в газовом обмене земного шара и роль почвенных растворов в питании растений. Французский натуралист Ж.Б.Ламарк (1744-1829) в своей книге «Гидрогеология» посвятил целую главу влиянию живых организмов на земную поверхность.
Александр Гумбольдт в работе «Мысли о физиономике растений» положил начало изучению растений в их естественной среде. Дальнейшее развитие взгляды Гумбольдта получили в работе Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора». Биолог Я.Юкскюль ввел понятие «окружающая среда». Русский эволюционист К.Ф.Рулье отметил вляние на все живое так называемых «внешних элементов».
