Экология как наука. Антропобиоэкосистема, ее характеристика. Экология Самарской области

За вторую половину 20 века и начало 21вв природа нашей планеты значительно оскудела. Ее повсеместно вытесняет гиперурбанизация. (Увеличение числа населения и городской массы). Естественные ресурсы планеты истощаются с огромной скоростью. Среда обитания в большинстве регионов мира, особенно в промышленных центрах, становится все более вредной для здоровья людей. По оценке специалистов не менее 50% распространенных заболеваний обусловлены загрязнением окружающей природной среды, и прежде всего, употреблением недоброкачественной воды и неудовлетворительным состоянием атмосферного воздуха. Леса, которые являются хранителями вод, хищнически истребляются. Происходит деградация почв, теряется их естественное плодородие, возрастает загрязнение окружающей среды нефтепродуктами, пестицидами и тяжелыми металлами. Возрастает опасность радиационного поражения населения. Человек, в результате своей деятельности нарушил естественную сбалансированность биосферных процессов. Если на ранних этапах социально-экономического развития человечества потенциал природы был достаточен для компенсации антропогенного воздействия, то сейчас эта способность окружающей природы подошла к рубежу исчерпания. Сейчас действует сложных комплекс взаимосвязанных причин:

1. Природные причины (ограниченность средорегулирующих возможностей биосферы. Биосфера как любая биологическая система способна к саморегуляции.)

2. «Человеческие» причины (демографические, экономические, научно-технические, психологические и нравственные причины).

В настоящее время экология принимает черты всеобъемлющего мировоззрения, превращается в учение о путях выживания человечества. Этому препятствует глубоко укоренившийся технократический образ мышления, который укоренился в современном обществе. Господствует убеждение, что с помощью правильной организации хозяйства и высокопроизводительной технике можно решить все экономические и социальные проблемы. Однако, это не так. Даже самая совершенная техника, если она вступает в противоречие с объективными законами самовоспроизводства природы, неизбежно наносит ущерб окружающей среде, и следовательно, здоровью человека. Поэтому в настоящее время экологии начинают уделять все больше и больше внимания. Это связано с переходом развития человечества на новый этап. Этот этап характеризуется переходом от покорения природы к ее сохранению. Основной причиной является ухудшение состояния окружающей среды. Термин «экология» был предложен в 1866 году Геккелем для обозначения биологической науки.

Экология – наука, изучающая взаимоотношения живых организмов с органическими и неорганическими средами (по Геккелю).

(Современное определение) Экология – наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях друг с другом и с условиями среды. В экологии выделяют физиологическую экологию (организмов – аутэкология). Второй раздел – экология сообществ, изучает функционирование надорганизменных систем на уровне биоценоза и биогеоценоза (синэкология). Третий раздел – популяционная экология, исследует межвидовые взаимоотношения в биоценозах между популяциями конкретных видов (демэкология).

Задачи экологии:

1. Изучение структуры и динамики биоценозов под влиянием различных факторов, в т.ч. и антропогенных.

2. Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

3. Прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека

4. Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий, которые возникают в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека.

5. Улучшение качества окружающей среды.

Стратегическая задача экологии – развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как нетъемлимую часть биосферы. Предметом изучения являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы). Их изучают в динамике во времени и пространстве.

Методы экологических исследований:

1. Методы регистрации о оценки состояния среды. (метеорологические наблюдения, исследования химического состава воды, определение характеристик почвенной среды, измерение освещенности, радиационного фона, определение химической и бактериальной загрязненности среды.) К этой же группе методов относится мониторинг – периодическое или непрерывное слежение, наблюдение за состоянием экологических объектов и качеством среды.

2. Методы исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов. (экспериментальные методы). В лабораторных условиях устанавливается воздействие строго контролируемого фактора на те, или иные функции животных, растений и человека. Таким образом, определяются критические, летальные, полулетальные дозы химических агентов. Исходя из этого рассчитывают предельно допустимые концентрации (ПДК), лежащие в основах норматирования.

3. Методы математического моделирования. Приробретают все большее значение в экологии. Создаются близкие к реальным условиям ситуации, модели техногенных эмиссий, экологических катастроф, модели распространения загрязнителей в атмосфере, гидросфере и литосфере.

Антропобиоэкосистема и ее характеристика.

Основной функциональной единицей в экологии является экосистема.

Экосистема – совокупность живых организмов и компонентов неживой среды взаимно влияющих друг на друга. Бывают естественными и искусственными. Искусственные (антропогенные) экосистемы вынужден был создать человек в конкурентной борьбе за выживание. Человек перестал быть рядовым консументов, начал активно воздействовать на природу, сначала развивая растениеводство и животноводство, а затем строя города, дорогя, возводя заводы и фабрики, вырубая леса, распахивая целинные земли, осваивая космос. На современном этапе человек для удовлетворения своих потребностей вынужден изменять природные экосистемы. Экологическое благополучие современного общества базируется на функциональном внедрении современных технологий и тотальной химизации всех сфер жизни. Это сопряжено с поступлением в жизненное ядовитых веществ (токсикантов, экотоксикантов), которые сам человек неосмотрительно включает в круговорот природы.

 

В реальных условиях благополучие человека, а также состояние флоры и фауны. Подвержено смертельной опасности отравления химическими веществами. Поэтому, наибольшее внимание уделяется химическим загрязнителям окружающей среды.

Человек, выбрасывая в окружающую среду различные органические соединения, сам становится мишенью для воздействия экотоксикантов. Химические вещества, чуждые жизни, называются ксенобиотиками. Они в большом количестве поступают в жизненное пространство человека, трансформируясь в органические соединения, депонируя, аккумулируясь, повреждая функции систем жизнеобеспечения в различных звеньях биоценозов, оказывают биоразрушающее действие. В настоящее время известно 10млн. химических соединений (без учета продуктов их взаимодействия и токсификации). При повреждении организма экотоксикантами главная роль принадлежит пищеварительному тракту, т.к. он является «входными воротами» для ксенобиотиков (биоцидов). К ядам №1 относятся ароматические полихлорированные бифинилы (ПХБВ).

В мире ежегодно их производится около 1 млн. тонн. Они попадают в атмосферу при сжигании промышленных и городских процессов. В производственных процессах бифинилы применяются в системах теплопередачи, при производстве пестицидов, в качестве пластификаторов, при производстве красителей, клеев, замазок, пластмасс, при производстве копировальной бумаге. При утилизации перечисленных веществ они могут попадать в сырье для производства упаковочного материала. Из упаковочного материала могут попадать в пищу. От судов, покрытых лаками и красками, бифинилы попадают в воду, в планктон, и включаются в пищевые цепи. Способны аккумулироваться в организме. У человека обнаруживаются в составе всех жидких биосред и тканей. Способны проникать через гематоэнцефалический барьер, через плаценту, способны депонироваться в жировой ткани и печени. Бифинилы вызывают гипоплазию(уменьшение) костного мозга, обладуют гепатотоксическим (на печень) воздействием, нарушают иммунитет, обладают тератогенным и канцерогенным действием. Бифинилы практически не разрушаются в окружающей среде.

Стабильными в окружающей среде являются такие загрязнители, как: инсектициды(против насекомых), пестициды, фунгициды (продукты жизнедеятельности грибов). С использованием ядовитых веществ выращивать с\х культуры гораздо дешевле. Наиболее широко применяются для изготовления фунгицидов соединения ртути. Ежегодно в мире производится 9 тыс. тонн ртути. Около 5тыс. тонн попадает в океаны и др. водные массивы. Ртуть очень хорошо аккумулируется водной растительностью, накапливается в организме морских и речных животных. Элементарная ртуть и ее нерастворимые органические соединения могут поступать в организм человека с продуктами питания, чаще всего с морепродуктами. Соединения ртути могут проникать через кожу человека (ртуть очень часто применяется при изготовлении кремов и мыла для осветления кожи). Может попадать внутрь с лекарственными средствами (гамма-глобулин, в котором в качестве консерванта используется этилртутьтиосалицилат). Поступившая в организм ртуть обладает генотоксическим, эмбриотоксическим (может вызывать аборты), эффектами. Обладает очень большой тропностью (родством, избирательным свойством) к нервной системе. Обладает канцерогенным действием и мутагенным эффектом. Конкретно известен механизм воздействия на наследственный материал. Ртуть вызывает нарушения структуры ДНК. Следствием этого являются генные мутации. Другим опасным экотоксикантом является кадмий. Главный источник – атмосферные выбросы промышленных предприятий. Кадмий широко используется для получения пигментов в лако-красочной промышленности, при производстве эмалей и посуды. Содержится в мазуте, дизельном топливе и попадает в окружающую среду при его сгорании. Накапливаясь в природной среде, кадмий по пищевым цепям попадает в организм человека. Источники: продукты животного происхождения (почки, свиные или говяжьи, яйца, морепродукты, овощи, ягоды, грибы, особенно луговые шампиньоны, ржаной хлеб). Много кадмия находится в сигаретном дыму. Одна выкуренная сигарета поставляет в организм курильщика 2мг кадмия. Мишенью служит нервная, репродуктивная системы. Обладает сильным мутагенным эффектом, способен накапливаться в почках, волосах, обладает очень сильным канцерогенным действием.

В процессе эволюции в организме человека сформировалась многоуровневая система защиты от вредных веществ (детоксикация). Детоксикация заключается либо в инактивации вредных веществ, либо в уменьшении их токсичности. Однако, в процессе биотрансформации могут образовываться вещества, более токсичные чем исходные соединения (токсификация).

Деградация водорастворимых ксенобиотиков происходит при участии ферментативных систем цитоплазмы. Ферменты детоксикации в основном находятся в лизосомах, пероксисомах и митохондриях. Обезвреживание токсичных веществ прежде всего происходит в клетках печени, кишечнике, легких, коже, почках и надпочечниках. Детоксикацоинные ферменты есть и в других клетках (нервная система, клетки половых желез, клетки плаценты). Ферменты, обеспечивающие детоксикацию, называются микросомальными моноксигеназами. К ферментам детоксикации относятся: каталаза, пероксидаза, супероксиддисмутазы (их несколько видов) и др.

Экология Самарской области.

Проблема сохранения жизнеспособной окружающей среды в современных условиях антропогенного прессинга является очень важной социальной и экономической задачей всей страны и в т.ч. Самарской области. Антропотехногенная нагрузка в г. Самара, который является крупным промышленным центром, значительно выше, чем в сельской местности. Ведущими источниками загрязнения являются предприятия нефтеперерабатывающей промышленности (56%). На втором месте – предприятия теплоэнергетики (ТЭЦ – 18%). На третьем месте – приборостроение и машиностроение (16%). На четвертом – предприятия черной и цветной металлургии (7%) и предприятия по производству стройматериалов (3%).

Непосредственно по районам г. Самары преимущественными экотоксикантами являются оксиды азота, фенол, соли свинца, бензол, во всех районах выявлено повышенное содержание формальдегида и т.д. Основным источником формальдегида является автотранспорт, АЗС, и Куйбышевский нефтеперерабатывающий завод. Формальдегид содержится в выбросах предприятий химической, нефтехимической, строительной, металлургической промышленности, попадает в атмосферу при переаботке изделий из пластмасс и при неполном сгорании химических веществ. Наибольшая концентрация в Куйбышевском районе. Формальдегид относится к веществам второго класса опасности. Оказывает сильное, общетоксическое, раздражающее, наркотическое действие, является сильным канцерогенным фактором. В клетках формальдегид является цитоплазмотическим экотоксикантом, вызывает коагуляцию белков, нарушает обмен витамина С, угнетает синтез нуклеиновых кислот (редупликация замедляется или не происходит). К наиболее загрязненным районам г, Самары относятся Промышленный и Кировский районы, а районы относительного экологического благополучия - Самарский и Красноглинский. Большое опасение вызывает вода. Основным источником хозяйственного питьевого водоснабжения Самары и пригорода является саратовское водохранилище. Современная эколого-гигиеническая ситуация саратовского водохранилища характеризуется:

1. Многолетние ухудшение качества воды

2. Образование и водозагрязнение химическими веществами. Фенолы, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, свободные металлы (медь, алюминий, железо, цинк). В последние годы х повсеместно отмечается загрязнение вод саратовского водохранилища металлами второго классами опасности (кадмий, свинец, никель)

3. Возрастание заиливания и загрязнения донных осложнений.

4. Угнетение процессов самоочищения водохранилища, следствием чего является «цветение» воды, возрастание трофности (фон загрязнения органическими веществами). К нарушениями процессов самоочищения так же ведут: малая проточность (медленное течение) и большая прогреваемость воды.

5. Насыщение за счет дождевых и талых вод нефтепродуктами, минеральными веществами, органическими веществами, высокая бактериальная обсеменённость.

В 2005 году сотрудники НИИ гигены и экологии человека провели экспедицию, в ходе которой было детально изучено состояние воды саратовского водохранилища на всем его протяжении. Вода забиралась с большой глубины и поверхности с помощью специального прибора (батометр Молчанова). По данным этой экспедиции установлено, что в воде саратовского водохранилища обнаружены вещества различных классов опасности в концентрациях, близких к ПДК или превышающих их. Больше всего фенола, нефтепродуктов (4 класс опасности), формальдегид (2 класс опасности), кадмий, свинец, алюминий (2 класс опасности), ртуть (1 класс). Все эти вещества обладают высокотоксичным эффектом.

Очень негативным фактором является повышенное содержание фенола в воде. Фенол является очень опасным веществом, т.к. под действием фенола гемоглобин переходит в мет-гемоглобин. Это нарушает защитный механизм клеток крови, усиливает процессы пероксидации (образование свободных радикалов). Следствием этого является повреждение клеточных мембран, инакцивация и трансформация ферментов. Подавляется процесс деления клеток. Циркуляция агрессивных химических соединений, накопление их в организме человека, избыточное поступление с животной, растительной пищей и водой, вдыхание агрессивных химических соединений с воздухом, является причиной развития экологически зависимых заболеваний. Кроме того, воздействие экотоксикантов уменьшает продолжительность жизни, нарушает репродуктивную функцию человека. Приоритеным, в списке наиболее загрязненных городов Самарской области составлено ИЗА (индекс загрязнения атмосферы) города располагаются в следующем порядке.

1. Самара

2. Сызрань

3. Отрадный

4. Тольятти

5. Чапаевск

6. Новокуйбышевск

7. Жигулевск

Если посмотреть почву, то самая страшная ситуация в Чапаевске. Наглядным проявлением антропогенного загрязнения жизненного пространства является заболеваемость населения г. Самара и показатели рождаемости и смертности.