Geum.ru

«Человек среда»

Вид материалаКонтрольные вопросы
5.3 Экологические факторы человека
Абиотические факторы
5.3.1 Основные абиотические факторы воздушного бассейна
Суть правила
Правило Глогера (1833). Виды животных, обитающих в теплых и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела, чем обитате
8. Движения воздушных масс (ветер).
5.3.2 Абиотические факторы почвы
В – иллювиальный слой. В нем накапливаются минеральные вещества из вышележащих слоев. Имеет бурую окраску и высокую плотность. С
5.3.3 Абиотические факторы водной среды
5.3.4 Биотические факторы [1, 4, 5, 9]
Форезия – перенос одних видов другими. Пример: рыба-прилипала передвигается, прикрепившись к более крупной и быстроходной рыбе.
5.3.5 Антропогенные факторы
Фотохимический смог (или еще его называют Лос-андже-лесский тип смога)
Лондонский тип смога
Подобный материал:
1   ...   14   15   16   17   18   19   20   21   22

5.3 Экологические факторы человека



Экологическими факторами человека является любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на организм, хотя бы на протяжении одной из фаз его развития. Экологические факторы делятся на категории: абиотические – факторы неживой природы; биотические – факторы живой природы и антропогенные факторы – факторы, связанные с деятельностью человека.

Абиотические факторы:
  1. климатические – свет, температура, влага, движение воздуха, давление, космическая и солнечная радиация и др.;
  2. эдафогенные (эдафос – почва) – механический состав, влагоемкость, плотность, гранулометрия, минеральный состав и др.;
  3. орографические – рельеф почвы, высота над уровнем моря, экспозиция склона;
  4. химические – газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрации веществ в пищевых продуктах, состав почвенных растворов и др.

Биотические:
  1. фитогенные – влияние растительных организмов;
  2. зоогенные – влияние животных;
  3. микробиогенные – влияние вирусов, бактерий, риккетсий.

Антропогенные:
  1. влияние на человека атмосферы, нарушенной человеком;
  2. влияние водной среды, нарушенной человеком;
  3. влияние почвы, нарушенной человеком;
  4. влияние флоры и фауны;
  5. влияние человека на человека.



5.3.1 Основные абиотические факторы воздушного бассейна




  1. Поступающая от Солнца лучистая энергия (солнечная радиация). Движущей силой в любой материальной системе служит энергия. Жизнедеятельность живых организмов невозможна без постоянного притока энергии извне. В экосистемы она поступает главным образом от Солнца. Растения за счет содержащегося в них пигмента хлорофилла улавливают энергию излучения Солнца и используют ее для синтеза основы любого органического вещества – глюкозы C6H12O6. Это есть процесс фотосинтеза:



Излишек атомов кислорода выделяется в атмосферу в газообразной форме. Кинетическая энергия солнечного излучения преобразуется таким образом в потенциальную энергию, запасенную глюкозой. Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральными элементами питания – биогенами – образуются все ткани растительного мира – белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК6, РНК7, то есть органическое вещество планеты.

Вращение Земли вокруг своей оси приводит к неравномерному распределению энергии Солнца, его теплового излучения. В связи с этим атмосфера над сушей и океаном нагревается неодинаково, а различия в температуре местности и давлении вызывают перемещения воздушных масс, изменение влажности воздуха, что влияет на ход химических реакций, физических превращений и прямо или косвенно – на все биологические явления (характер расселения жизни, биоритмы и т.п.). Солнечная радиация распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью 300 тыс. км/с. 99% ее составляют лучи с длиной волны 0,17–4,0 мкм, из них 48% – видимая часть спектра (0,4–0,76 мкм), 45% – инфракрасная (0,75 мкм –10–3 м) и 7% – ультрафиолетовая (менее
0,4 мкм). Наиболее важная для человека часть – инфракрасная и видимая части спектра.

Количество энергии, подходящей к Земле, практически постоянно: 211023 кДж в год. Эту величину называют солнечной постоянной. Чаще эту характеристику выражают в количестве джоулей, приходящихся на 1 см2 земной поверхности, в единицу времени. Ее среднее значение на Планете равно 0,14 Дж/см2 в секунду. Солнечная энергия поглощается и отражается земными предметами. Земная атмосфера, включая озоновый слой, избирательно по частотным диапазонам поглощает энергию электромагнитного излучения Солнца, и до поверхности Земли доходит в основном излучение с длиной волны от 0,3 до 3 мкм.

Прошедшее атмосферу солнечное тепло нагревает непосредственно воздух только на 0,2–0,5˚С за день в зависимости от количества водяных паров и загрязнения атмосферы. Много солнечной радиации поглощается или отражается назад от облаков. Склоны, ориентированные на юг, поглощают больше тепла, чем горизонтальная поверхность и, особенно, чем северные склоны. Вогнутые поверхности поглощают больше тепла, чем плоские или выпуклые. Песок отражает около 20% достигающей его радиации. Снег и лед отражают от 40% до 90%, а темные поверхности, такие как асфальтовые площадки или вспаханные поля, только 10–15%. Вся радиация, которая поглощается поверхностью, включается в процесс нагрева. Некоторое количество тепла распространяется вглубь земли, остальное работает на нагрев атмосферы. Часть тепла идет на нагрев воды, которая также позже отдает его в атмосферу. Естественно, что наибольшее количество тепла получают районы, близкие к экватору.
  1. Освещенность земной поверхности. Освещенность определяется продолжительностью и интенсивностью светового потока, падающего на поверхность Земли, и зависит от смены светлой и темной частей суток. Продолжительность светового дня, или фотопериод, является «реле времени» или пусковым механизмом, включающим последовательность физиологических процессов, приводящих к росту, цветению многих растений, линьке и накоплению жира, миграции и размножению у птиц и млекопитающих. Продолжительность светового дня зависит от географической широты. Как проявление приспособительных реакций на смену дня и ночи у животных и человека наблюдается суточная ритмичность интенсивности обмена веществ, частоты дыхания, сердечных сокращений и уровня кровяного давления, температуры тела, клеточных делений и т.д. У человека выявлено более ста физиологических процессов биоритмического характера, благодаря которым у здоровых людей наблюдается согласованность различных функций. Исследование биоритмов имеет большое значение для разработки мер, облегчающих адаптацию человека к новым условиям при дальних перелетах, переселении людей в районы Сибири, Дальнего Востока, Севера, Антарктиды.

Для человека видимый свет – источник жизненной энергии, стимулятор выработки гормонов и регулятор биоритмов. Инфракрасный свет – источник тепла. Ближний ультрафиолетовый – защита от болезнетворных бактерий.
  1. Влажность атмосферного воздуха. Вода – главный компонент живых организмов. Растения состоят из 70–90% воды; медуза – 98%; рыба – 70%; млекопитающие (в том числе и человек) – 63–68%.

Влажность воздуха определяется количеством в нем водяного пара. Содержание водяного пара в воздухе напрямую зависит от температуры: чем выше температура, тем большее количество водяного пара в нем может содержаться. Количество содержащейся в воздухе влаги характеризуется двумя величинами – относительной и абсолютной влажностью. Абсолютная влажность показывает, сколько граммов водяного пара содержится в одном кубическом метре воздуха. Несмотря на свою наглядность, абсолютная влажность не дает представления о том, насколько воздух сух. Для определения сухости воздуха используется понятие относительной влажности, которая показывает, насколько воздух далек от насыщения водяным паром: при 100-процентной относительной влажности вода перестает испаряться и пар начинает конденсироваться в виде тумана.
  • Абсолютная влажность – масса водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха (кг/м3).
  • Относительная влажность – отношение абсолютной влажности к ее максимальному значению при данной температуре. При 100% относительной влажности в воздухе (максимальный предел) может произойти конденсация водяных паров с образованием тумана, выпадением воды.
  • Температура, при которой происходит конденсация паров воды, называется точкой росы.
  • Разность между максимальным пределом и реальной насыщенностью называется дефицитом влажности.

Оптимальная для человека влажность 40–60%. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, чем ниже – тем холоднее и более сыро. Повышение дефицита влажности приводит к усиленному плодоношению у растений и даже к интенсивному размножению (вспышкам деторождаемости) у животных. На анализе этого фактора основаны многие способы прогнозирования численности особей в мире живых организмов. Приспосабливаясь к условиям водного голода, растения адаптируются, сокращают листовую поверхность, сбрасывают листву полностью, увеличивают толщину защитной пленки листьев, листья приобретают сильную опушенность.

Для человека важна именно относительная влажность, поскольку от нее зависит интенсивность испарения влаги с кожи человека, со слизистых и т.п. Что же происходит с влажностью воздуха зимой?

Относительная влажность наружного воздуха в зимний период может быть вполне нормальной – 60–80%. В то же время абсолютная влажность будет низкой, поскольку холодный воздух не может содержать большое количество водяного пара. При проветривании теплого помещения холодный воздух с низким содержанием влаги попадает внутрь и нагревается. При этом количество водяного пара в воздухе (абсолютная влажность) не изменяется. Поскольку теплый воздух мог бы содержать значительно больше водяного пара, чем холодный, то относительная влажность резко снижается. Таким образом, зимой в отапливаемых помещениях относительная влажность воздуха понижается в 2–2,5 раза (до 20–35% при норме 40–60%). Пониженная влажность приводит к рассыханию мебели и других деревянных предметов, у людей начинает шелушиться кожа, пересыхают слизистые оболочки рта и носа, делая человека более восприимчивым к любой инфекции.

Влажность влияет на то, как комфортно чувствует себя человек в данный момент времени. Дело в том, что наличие влаги в воздухе резко меняет его теплопроводность и теплоемкость. Поэтому жара и холод в условиях большой влажности переносятся значительно тяжелее. Зимой при большой влажности человек сильнее мерзнет, а обморожения могут наступить уже при +4ºС. В жарком, тропическом климате выделяемый человеческим организмом пот из-за большой влажности воздуха не может эффективно испаряться и снижать температуру тела. Это приводит к большим водопотерям и нарушению терморегуляции организма и перегреву.

4. Осадки. Осадки – это результат конденсации водяных паров: роса, туман, при низких температурах – снег, иней. По количеству осадков выделяют гумидные (влажные) и аридные (засушливые) зоны. Максимум осадков наблюдается в зоне тропических лесов, а минимум – в пустынях тропического пояса. Зоны, где количество осадков менее 250 мм в год, считаются засушливыми.

Рекордный уровень осадков – 1870 миллиметров за сутки (что составляет более 18 тысяч тонн на гектар земли) – наблюдался 15 марта 1952 года на острове Реюньон в Индийском океане. За календарный месяц выпало 9300 миллиметров осадков – этот рекорд принадлежит местечку Черапунджи в Индии. Этому же местечку принадлежит и «дождевой рекорд» за год – 26460 миллиметров.

В близи Каламы в пустыне Атакама (Чили) выпадает в среднем за год нулевое количество осадков. Атакама переживала засуху на протяжении 400 лет – тоже рекорд. Она закончилась в 1971 году.

Рекордные по величине градины весом более 1 килограмма, выпавшие 14 апреля 1986 года в Бангладеш, явились причиной смерти 92 человек. Они достигали 19 сантиметров в диаметре и 44,45 сантиметра в окружности.

5. Газовый состав атмосферы. Газовый состав атмосферы также является важным экологическим фактором. Примерно 3–3,5 млрд. лет назад атмосфера Земли содержала азот, аммиак, водород, метан и водяной пар, а свободный кислород в ней отсутствовал. Состав атмосферы в значительной степени определялся вулканическими газами. Из-за отсутствия кислорода не существовало озонового экрана, задерживающего ультрафиолетовое излучение Солнца. С течением времени за счет абиотических процессов в атмосфере планеты стал накапливаться кислород, началось формирование озонового слоя.

Состав атмосферного воздуха в настоящее время относительно постоянен. Соотношение газов в атмосферном воздухе следующее: 78,8% – азот; 20,95% – кислород; 0,93% – аргон; 0,03% – углекислый газ. На остальные вещества – неон, гелий, метан, водород, угарный газ, озон в сумме приходится 0,1%. 50% всей массы газов сосредоточено в 5-километровом нижнем приземном слое.

Важнейшим элементом атмосферного воздуха является азот, он участвует в образовании белковых структур. Кислород обеспечивает окислительные процессы в живых тканях. Диоксид углерода – демпфер солнечного излучения. Озон – экран по отношению к ультрафиолетовой части солнечного спектра. Концентрация кислорода наибольшая у поверхности земли и с высотой снижается, поэтому животные для адаптации к высоте стали повышать количество гемоглобина в крови, а растения – хлорофилла в листьях [4]. В середине ХIХ века постоянство химического состава атмосферы стало нарушаться из-за деятельности человека. Увеличилось количество угарного газа, появились фреоны, пары кислот, аэрозоли тяжелых металлов. Наиболее чувствительными к вредным газам оказались хвойные породы, менее восприимчивы лиственные породы, мхи, лишайники. В пределе, вокруг индустриальных центров в скором будущем могут образоваться лишайниковые пустыни.

6. Температура на поверхности Земного шара. По сравнению со всеми абиотическими факторами температура имеет наибольшее значение для человека. Количество тепла, падающего на горизонтальную поверхность Земли, пропорционально синусу угла стояния солнца над горизонтом. Поэтому существуют суточные и сезонные колебания температуры.

Температура оказывает регулирующее влияние на многие процессы жизни растений и животных, изменяя интенсивность обмена веществ. Активность клеточных ферментов лежит в пределах от +10 до +40°С, при низких температурах реакции идут замедленно, но при достижении оптимальной температуры активность ферментов восстанавливается. Пределы выносливости организмов в отношении температурного фактора для большинства видов не превышают 40 – 45°С, пониженные температуры оказывают менее неблагоприятное воздействие на организм, чем высокие. Нижний предел связан с переходом воды в твердое состояние; верхний – со свертываемостью белка. Жизнедеятельность организма осуществляется в пределах от –4 до +45°С. Однако небольшая группа низших организмов способна обитать в горячих источниках при температуре 85°С (серные бактерии, сине-зеленые водоросли, некоторые круглые черви). Многие низшие организмы легко выдерживают очень низкие температуры (их устойчивость к замерзанию объясняется высокой концентрацией солей и органических веществ в цитоплазме).

У каждого вида животных, растений и микроорганизмов выработались необходимые приспособления как к высоким, так и к низким температурам. Так, многие насекомые при наступлении холодов скрываются в почве, под корой деревьев, в трещинах скал, лягушки зарываются в ил на дне водоемов, некоторые наземные животные впадают в спячку и оцепенение. Приспособление от перегрева в жаркое время года у растений выражается в увеличении испарения воды через устьица, у животных – в виде испарения воды через дыхательную систему и кожные покровы. Животные, не обладающие системой активной терморегуляции (холоднокровные, или пойкилотермные), колебания внешней температуры переносят плохо, поэтому их ареалы на суше относительно ограничены (амфибии, рептилии). С наступлением холодов у них снижается обмен веществ, потребление пищи и кислорода, они погружаются в спячку или впадают в состояние анабиоза (резкое замедление жизненных процессов при сохранении способности к оживлению), а при благоприятных погодных условиях пробуждаются и снова начинают активную жизнь. Споры и семена растений, а среди животных – инфузории, коловратки, клопы, клещи и др. – могут много лет находиться в состоянии анабиоза. Млекопитающие и птицы переносят неблагоприятные условия в активном состоянии, пользуясь убежищами, поэтому они в меньшей степени зависят от окружающей среды. В период чрезмерного повышения температуры в условиях пустыни животные приспособились переносить жару путем погружения в летнюю спячку. Растения пустынь и полупустынь весной за очень короткий срок завершают вегетацию и после созревания семян сбрасывают листву, вступая в фазу покоя (тюльпаны, мятлик луковичный, иерихонская роза и др.).

Для животных оптимум температуры + 18–29°С.

Животные, имеющие постоянную температуру, называются теплокровными. Они живут за счет активного обмена веществ и термоизоляции тела (мех, перья, одежда). К ним относится и человек.

Среди теплокровных животных прослеживается связь между географическим распространением и их морфологическими приспособлениями, которые сформулированы в виде правил.

Правило Бергмана (1847): животные одного вида в более холодных областях имеют более крупные размеры (белый медведь – 1000 кг, бурый – 750 кг, гималайский – 65 кг).

Суть правила. Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. С увеличением объема площадь поверхности растет относительно медленно, что позволяет увеличить отношение «теплопродукция/теплоотдача» и, таким образом, компенсировать потери тепла с поверхности тела в холодном климате.
Математическая иллюстрация правила Бергмана (рис. 5.3). Представим себе двух животных, имеющих тело в виде правильных кубов со сторонами а у первого и 2а – у второго животного.

Таким образом, отношение (фактически – отношение теплопродукции к теплоотдаче!) у второго животного в два раза больше, что делает второе животное более приспособленным к условиям холодного климата.
S1 = 6 a2


S2 = 6 (2a)2 = =24 a2




V1 = a3
V2 = (2a)3 =

=8 a3




T1 = V1 /  S1 =  

=a3/ 6 a2 =

= a / 6
T2 = V2 /  S2= =  8a3/ 24 a2 = =a / 3


Рисунок 5.3  Математическая иллюстрация правила Бергмана


Правило Аллена (1877): выступающие части тела у теплокровных животных (уши, хвосты, лапы) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.

Тонкие выступающие части тела, имеющие небольшой объем, но большую площадь поверхности, увеличивают теплоотдачу, т.е. ведут к значительной потере тепла организмом.

Пример правила Алена: лисица Сахары – фенек – имеет длинные конечности и уши, лиса умеренных широт более приземиста, а песец (живет в холодной местности) имеет маленькие уши и короткую морду.

Правило Глогера (1833). Виды животных, обитающих в теплых и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела, чем обитатели холодных и сухих областей.

Географические расы животных в теплых и влажных регионах пигментированы сильнее (т.е. особи темнее), чем в холодных и сухих. В сильно загрязненных местах наблюдается так называемый индустриальный меланизм – потемнение животных. Физиологический смысл правила Глогера неясен, т.к. правило распространяется даже на виды, ведущие ночной образ жизни.

7. Давление атмосферы.


Атмосферное давление – давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади. С высотой атмосферное давление убывает.

Показателем давления служит высота ртутного столба в мм, уравновешиваемого давлением воздуха. В системе СГС атмосферное давление измеряется в миллибарах (мбар), в системе СИ – в гектопаскалях (гПа).

При повышении температуры воздух расширяется и конвективно поднимается, а давление падает. При уменьшении температуры воздух сжимается, становится более плотным, а давление растет.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.

Барические системы – совокупность областей пониженного или повышенного давления в атмосфере. Различают барические системы с замкнутыми (циклоны и антициклоны) и незамкнутыми (ложбины, гребни) границами. По размерам барические системы сравнимы с материками и океанами или их крупными частями.

Барические системы непрерывно перемещаются, меняют свои размеры, возникают и исчезают. С барическими системами связаны системы ветров, распределение температуры, облачности, осадков, самочувствие людей и т.д.


Прибор для измерения атмосферного давления – барометр. В ртутном (жидкостном) барометре атмосферное давление измеряется по высоте столба ртути в запаянной сверху трубке, опущенной открытым концом в сосуд с ртутью. Ртутные барометры – наиболее точные приборы, ими оборудованы метеорологические станции и по ним проверяется работа других видов барометров – анероида и гипсотермометра.


 


Нормальное атмосферное давление – давление всего столба атмосферы на уровне моря и географической широте 45 град. За нормальное давление принимают 760 мм рт. столба (1013 мбар, 101,3 кН/кв.м). При расчетах в динамической метеорологии за нормальное давление обычно принимается 1000 мбар. На человека обычных размеров, в среднем, давит столб атмосферного воздуха весом около 200 тонн.


1 гПа = 1000 дин/см 2 = 1мб = 0,75 мм рт. ст.

8. Движения воздушных масс (ветер). Ветер – в метеорологии – движение воздуха относительно (параллельно) земной поверхности. Ветер возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и направлено от высокого давления к низкому. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. С высотой ветер меняется из-за убывания силы трения.

Ветры над большими площадями образуют обширные воздушные течения (муссоны, пассаты), из которых слагается общая и местная циркуляция атмосферы. Причиной ветра является неодинаковый нагрев земной поверхности: ветровой поток направлен в сторону меньшего давления или туда, где воздух более прогрет. Ветер – наиважнейший фактор переноса примесей в атмосферном воздухе, а также он изменяет температуру и влажность на планете. С ветром связано возникновение такого понятия, как «ветровая эрозия», в результате которой гумусовые частицы почвы переносятся на большие расстояния. Это приводит к оголению корней деревьев, семян, изреживанию посевов, иссушению почвы. В экологии животных и человека ветер играет небольшую роль.

5.3.2 Абиотические факторы почвы





По определению почвоведа В.Р. Вильямса. «Почва – это рыхлый горизонт суши, способный производить урожай растений».

Почва является гигантской экологической системой, которая наряду с Мировым океаном оказывает решающее влияние на всю биосферу. Почва активно участвует в круговоротах веществ и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы. Почва – это трехфазная среда, включающая твердую, жидкую и газообразные фазы, которые формируются в процессе взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов.

Существует большое разнообразие типов почв: подзолистые, пески, глина, чернозем и др. Выделяют пять слоев (пластов) почвы (рис. 5.4).

А1 – Этот горизонт называют гумусовым, он формируется при содействии растений и микроорганизмов. Количество гумуса определяет плодородие почвы.

А0 – расположен (но не всегда есть) выше гумусового слоя. Называется этот слой «подстилка» или «дернина». Он состоит из растительных остатков, степного войлока, корневищ трав. Дернина влияет на тепловой и воздушный режимы корневой системы растений: защищает корни от перегрева и переохлаждения.

А2 – горизонт вымывания – залегает под горизонтом А1 и является малоплодородным подзолистым горизонтом. На черноземных почвах он, как правило, отсутствует. Горизонт характеризуется выносом основных химических веществ в более глубокие горизонты.

Еще глубже залегает горизонт В – иллювиальный слой. В нем накапливаются минеральные вещества из вышележащих слоев. Имеет бурую окраску и высокую плотность.

С – материнская горная порода, на которой формируется почва.

Основные свойства почвы:
  1. Химический состав почвы: почвенная среда состоит из живой и косной материй; это слой материнский породы с живыми организмами и продуктами их жизнедеятельности.

Средний состав почвы:
  • 50% – кремнезем (SiO2),
  • 25% – глинозем (Al2O3),
  • 10% – оксиды железа (Fe2O3),
  • на остальные вещества приходится около 15%, это: оксиды магния, калия, фосфора и кальция (MgO, K2O, P2O5, CaO).
  1. Механический состав почвы – важное физическое свойство. Различают четыре градации почв по механическому составу: песок, супесь, суглинок и глина. От градации зависит водопроницаемость почвы, ее плотность, способность проникновения в почву корней растений, аэрация, т.е. насыщенность почвы кислородом.
  2. Состав растворенных в почве ионов, от которого зависят биохимические свойства почвы. Некоторые ионы для растений являются ядом, другие – жизненно необходимы. Особенно важны ионы водорода, определяющие кислотность почвы. Концентрация в нормальной почве ионов водорода (рН) должна быть близка к нейтральной (5.5). Известковые почвы с рН≥9, торфяные с рН≤4 являются непригодными для земледелия. Среди растений, однако, существуют ацедофильные организмы, которые требуют кислых почв (ель, щавель, мхи) и базофильные организмы – требуют известкования почв (ясень, люцерна). Основная масса организмов является нейтрофильными – предпочитают нейтральную почву (основные растения).

Существуют почвы с большим количеством растворенной в ней соли, особенно хлористого натрия. На таких почвах способны жить только растения-галофиты. Безразличны к питательности почвы все птицы, млекопитающие и человек.
  1. Содержание биомассы. В почве обитают множество растительных и животных организмов, грибов, бактерий, водорослей. В среднем, биомасса живых организмов в пахотном слое, снятом с 1 гектара, равна (в кг): бактерий  1000–7000; микрогрибов 100–1000; водорослей – 100–300; червей – 350–1000. Культурные растения в процессе роста изымают из почвы биогенные вещества. Потери восстанавливаются за счет внесения удобрений. Но удобрения непосредственно, как правило, растениями не усваиваются. В биологически доступную форму они трансформируются микроорганизмами почвы – без них почва неплодородна.



5.3.3 Абиотические факторы водной среды



На водную поверхность приходится 71% всей земной поверхности. Океан – главный приемник и аккумулятор солнечной энергии. Водная оболочка планеты носит название гидросферы и включает пресные воды (горные льды, реки, озера, болота) и воды океанов и внутренних морей. Основными факторами водной среды являются физические и химические свойства воды.
  1. плотность и вязкость воды;
  2. подвижность – постоянное перемещение вод в пространстве, поддерживающее водную гомогенность (однородность);
  3. температурная стратификация – изменение температуры по глубине; от этого фактора зависит периодические изменения температуры в водоемах: в глубине самая низкая температура 2°С, на поверхности самая высокая 37°С;
  4. прозрачность (обратная характеристика мутность) – определяет световой режим в толще воды; прозрачность зависит от количества взвешенных частиц, фитопланктона, высших растений;
  5. соленость – т.е. содержание в воде растворенных сульфатов, карбонатов, хлоридов; в пресных водах обнаруживаются, в основном, карбонаты: до 80%, в морских – хлориды и сульфаты; вода считается соленой, если концентрация солей превышает 0,5 мг/л (в морской воде – 35 мг/л, причем хлористого натрия – 27 мг/л);
  6. количество растворенного кислорода – кислород обеспечивает дыхание живых водных организмов. Кислород мало растворим в пресной воде, еще меньше – в соленой. Максимальная концентрация кислорода, растворенного в пресной воде, составляет 10,2 см3/л при 0°С и 5,5 см3/л при 30°С. В пресных водоемах содержание кислорода сильно зависит от времени года: зимой оно уменьшается и может вызвать гибель (замор) рыбы. Очень критичны к этому показателю лососевые породы (форель), менее критичны – карповые (карась).



5.3.4 Биотические факторы [1, 4, 5, 9]



Под биотическими факторами понимают совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. К биотическим факторам относятся также все живые организмы, окружающие данный организм, и оказывающие на него прямое или косвенное влияние в результате своей жизнедеятельности.

Взаимоотношения между живыми организмами классифицируют (с точки зрения реакции друг на друга) на гомотипические и гетеротипические. Гомотипические взаимоотношения – это взаимодействия между особями одного и того же вида. Гетеротипические взаимоотношения – это взаимодействия между индивидуумами разных видов (лисы питаются зайцами).

Важнейшим двигателем к возникновению взаимоотношений между живыми организмами является пищевой фактор. Первичное органическое вещество на Земле создают растения, следовательно, они обеспечивают энергией (через пищу) все живое. Каждый вид живого организма обладает избирательностью к пище.

Среди животных имеются виды, питающиеся исключительно растительной пищей (фитофаги) или только животной (зоофаги), причем одним видом (монофаги) или многими видами (полифаги).

Виды взаимоотношений между живыми организмами:
  1. У животных (и человека) наиболее распространено хищничество – поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). Все травоядные, по существу, являются хищниками, так как поедают живую материю – растительность. Известны хищные бактерии, растения, насекомые. Хищники бывают нулевого порядка – поедают только растения; первого порядка – нападают на мирных (травоядных) животных, а также второго порядка и более высоких порядков – нападают на более слабых, чем они хищников. В развитии численности хищников и жертв существует тесная связь.
  2. Другой тип взаимоотношений – паразитизм. Такие взаимоотношения, когда один вид (паразит) использует организм другого вида (хозяина) в качестве среды обитания и источника пищи. Истинный паразитизм – это образ жизни, при котором организм, принадлежащий к одному виду (паразит), постоянно живет внутри или на теле представителя другого вида (хозяина), используя его в качестве источника пищи. Примеры – гельминты, клещи, возбудители болезней – микробы. Имеется также временный паразитизм. Некоторые насекомые (паразитоиды) откладывают яйца в тело других насекомых (животных). Во взрослой фазе они живут свободно.

Различают эктопаразитов – питаются телом хозяина, проживая на его поверхности, и эндопаразитов – имеют приспособления, позволяющие жить и питаться внутри хозяина. Явлению паразитизма присущи следующие общие черты: 1) та или иная степень опасности для хозяина; 2) более или менее постоянная связь между хозяином и паразитом; 3) полная зависимость паразита от пищи, получаемой от хозяина в виде либо переваренных продуктов, либо тканей его организма.

Системы хищник-жертва и паразит-хозяин постоянно эволюционируют. Паразитам и хищникам не выгодно полностью уничтожать популяции хозяев и жертв, поэтому длительная совместная эволюция приводит к тому, что влияние на жертв и хозяев становится умеренным, наибольший вред наносят новые паразиты и хищники. Характерный пример – наиболее опасны для человека новые, впервые завезенные возбудители заболеваний.
  1. Взаимоотношение – комменсализм (сотрапезничество) – поедание остатков трапезы одного вида другим видом (например, гиены). Среди растений – это лишайники, лианы, орхидеи, живущие за счет других деревьев, не принося им вреда. Они питаются веществами, накапливающимися между корой и телом дерева. Зеленая водоросль поселяется на шерсти ленивца, делает его незаметным в листве.

Есть очень много животных, которые ищут покровительства другого, более могущественного животного, чтобы под его защитой добывать себе пищу. В простейшем случае этого рода между некоторыми животными устанавливается нечто вроде союза для общей пользы, или полезного только слабейшему члену, но совершенно безразличного для покровителя. Вот несколько примеров. В степной полосе Южной России скворцы целыми стаями держатся около стад, так как в навозе скота для них всегда имеется обильная пища в виде  многочисленных насекомых, которые там поселяются. Издавна известен союз между пахарем и грачами, которые целыми стаями слетаются, лишь завидят соху, их привлекают личинки насекомых, которых они могут доставать из разрыхленной почвы. В африканских степях страусы и кваги обыкновенно держатся вместе, и такой союз приносит им обоюдную пользу. Действительно: высокорослые страусы легче, чем кваги, могут заметить приближающуюся опасность, а кваги со своей стороны полезны страусам тем, что в их навозе разводятся большие жуки, составляющие лакомство для страусов.

Комменсализм принимает вид еще более тесного союза в том случае, когда слабейший член поселяется внутри самого тела своего покровителя или на поверхности его.  В таком случае он питается не телом и не соком своего покровителя, а лишь перехватывает для себя часть его пищи.  Так, в реках Бразилии водится один сом, у которого во рту преспокойно живут целые общества маленьких рыбок, они помещаются между выростами костей и в складках стенок ротовой полости.  Устроившись таким образом во рту сома, рыбешки эти находятся в полной защите от врагов и в то же время кормятся частицами той пищи, которую заглатывает сом. В этом случае сожительство продолжается неопределенное время, но бывают случаи комменсализма лишь на короткое время личинной стадии.
  1. Форезия – перенос одних видов другими. Пример: рыба-прилипала передвигается, прикрепившись к более крупной и быстроходной рыбе.
  2. Нейтрализм – взаимная независимость совместно обитающих видов; в природе эти взаимоотношения обнаружить сложно.
  3. Мутуализм – способность одних видов развиваться только в присутствии других; это мицелии грибов и корни высших растений, корень – среда обитания, а гриб способствует поступлению воды и питательных веществ, т.е. взаимодействие благоприятно для обоих видов.
  4. Аменсализм – один вид в присутствии другого не может развиваться и размножаться; например, блохи, живущие в норах с сусликами, являются переносчиками болезней.
  5. Протокооперация – совместное проживание нескольких видов для защиты от врагов.
  6. Интерференция – непреднамеренное подавление одного вида другим, например, белки, поедая шишки хвойных деревьев, не дают размножаться деревьям.
  7. Симбиоз – (сожительство) – разные виды проживают совместно и регулируют взаимоотношения между собой и внешней средой.

Многообразны отношения между животными и растениями. Перенос семян, заболеваний, укрытие от хищников и непогоды и др. Хищники, паразиты, зоофаги и фитофаги являются факторами среды, экологическими элементами. С общеэкологических позиций они все взаимно необходимы друг другу. В процессе их взаимодействия идет естественный отбор, приспособительная изменчивость, а это – важнейшие элементы эволюции. Исчезно-вение какого либо «врага» может привести к вымиранию вида, которым питался этот враг, за этим следуют болезни, перерасплод, вымирание.

5.3.5 Антропогенные факторы



Антропогенные факторы связаны с хозяйственной деятельностью человека и оказывают любое влияние на живые организмы. Можно выделить три большие группы явлений, объединенных названием антропогенные факторы:
  • изменение численности организмов;
  • переселение организмов;
  • изменение среды обитания организмов.

Начало действию этих факторов было положено на заре появления НOMO SAPIENS, когда древние люди начали собирать растения и охотиться на животных. Естественная растительность заменялась при этом культурной, животные одомашнивались. Начался селекционный отбор. Начала изменяться природа.

Гумбольдт А. в ХIХ веке написал: «Человеку предшествуют леса, а сопровождает его пустыня». Человек начал сознательно расселять, переселять и акклиматизировать новые для данной местности виды растительности и животных, иногда нанося вред экосистеме. Например, в Белоруссию завезли дальневосточную енотовидную собаку, при этом резко сократилось число гнездящихся на земле птиц, вслед за этим резко возросло число колорадского жука, в результате резко упали урожаи картофеля и томатов и т.д.

Регионы техносферы и территории, примыкающие к очагам техносферы, постоянно подвергают загрязнению атмосферный воздух вредными для человека веществами и их соединениями. В некоторых городах концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе превысили 10 предельно допустимых концентраций для этих веществ. Например, для Братска характерны загрязнения бенз(а)пиреном (сильный канцероген), формальдегидом, сероуглеродом; в Иркутске – это диоксид азота, бенз(а)пи-рен, формальдегид; в Магнитогорске – бенз(а)пирен, сероуглерод; в Москве – формальдегид, бензол, диоксид азота; в Омске – аммиак и формальдегид. Высокие концентрации некоторых веществ в атмосфере приводят к нежелательным последствиям: фотохимическому смогу, к разрушению озонового слоя Земли, к выпадению кислотных дождей, к возникновению парникового эффекта.

Кислотные дожди. Проблема кислотных дождей возникла в 80-е годы. Источниками их являются газы, содержащие серу и азот. Наиболее важные из них: .

Соединения серы и азота, поступая в атмосферу, вступают в химические реакции не сразу, а иногда через 2–8 суток. При этом вместе с атмосферным воздухом серная и азотная кислоты могут «пройти» расстояние до 2000 км от источника выбросов и лишь затем выпасть с кислотными осадками на землю.

Различают прямое и косвенное влияние кислотных осадков. Прямое влияние большой опасности человеку не представляет, так как концентрация кислот в воздухе при этом не превышает ПДК. Опасными такие дожди могут быть лишь детям и больным-астматикам. Прямое воздействие слабых кислот может сказаться на металлоконструкциях (коррозия) и на зданиях и памятниках (взаимодействие с карбидом кальция).

Наиболее опасно попадание кислотных осадков в водоемы и в почву. Попадание кислоты в водоемы повышает кислотность воды (снижает рН), от кислотности зависит растворимость в воде тяжелых металлов, которые по трофическим цепям и непосредственно с водой могут попасть в организм человека. В России осадки с рН=4,0 – 4,5 (очень кислые) наблюдаются в Тюмени, Архангельске, Вологде, Тамбове, Омске.

Парниковый эффект. Состав атмосферы определяет величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли. Экранирующая роль атмосферы позволяет поддерживать среднюю температуру биосферы на уровне + 15°С, тогда как без атмосферы средняя температура биосферы была бы около – 15°С. Основная доля солнечной радиации передается к поверхности Земли в оптическом диапазоне, а отраженная – в инфракрасном спектре. Баланс зависит от наличия в атмосфере газов: и пыли. Чем выше концентрация газов, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космос, тем больше теплоты задерживается в биосфере. В последние годы в связи с развитием теплоэнергетики, автотранспорта, бытовой химии резко стали возрастать концентрации газов в атмосфере. Формирующийся при этом парниковый эффект ведет к потеплению климата, а это повлечет за собой таяние вечных ледников, что опасно затоплением островных стран. По прогнозам к 2050 году уровень моря может подняться на 25–40 см, а к 2100 году – на 2 м! Это приведет к затоплению 5 млн. км2 суши (30% всех урожайных земель). Подъем Мирового океана грозит затоплением территорий, лежащих ниже уровня моря: Голландии, Аенеции, Бангладеш, а в России – Санкт-Петербурга.

Парниковый эффект может наблюдаться и на региональном уровне. Антропогенные источники, сконцентрированные в крупных городах, создают около городов в радиусе около 50 км зоны с повышенными на 1–5°С температурами. Эти зоны хорошо просматриваются со спутников.

Разрушение озонового слоя. Озоновый слой – это воздушный слой в верхних слоях атмосферы (стратосфере), состоящий из особой формы кислорода – озона. Молекула озона состоит из трех атомов кислорода (О3). Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот приблизительно равных 50-ти километров. Однако плотность озона очень низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. («Reporting on Climate Change»). Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода (). Так как озоновый слой поглощает ультрафиолетовое излучение, то его разрушение приведет к более высоким уровням ультрафиолетового излучения на поверхности земли. Это, в свою очередь, вызовет увеличение случаев рака кожи живых организмов (включая человека). Другим следствием повышенного уровня ультрафиолетового излучения станет разогрев поверхности земли и, вследствие этого, изменение температурного режима, режима ветров и дождей и повышение уровня моря.

Впервые о нарушении целостности озонового слоя сообщили в 1985 году британские ученые. По их данным в предшествующие восемь лет были обнаружены увеличивающиеся каждую весну озоновые дыры над Северным и Южным полюсами.

Ученые предложили три теории, объяснявшие причины этого феномена:
  1. разрушение озонового слоя окисями азота-соединениями, образующимися естественным образом на солнечном свету;
  2. воздушные потоки из нижних слоев атмосферы при движении вверх расталкивают озон;
  3. соединения хлора в атмосфере разрушают озон.

Ученые пришли к заключению, что соединения хлора, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ), которые широко используются в промышленности и в быту, несут основную ответственность за разрушение озонового слоя Земли. Некоторые виды хлорфторуглеродов используются в качестве охладителей в холодильных установках и кондиционерах. Другие ХФУ применяются для производства поролонов и пенопластов – материалов, широко используемых во многих потребительских товарах, начиная от одноразовой пластиковой посуды и заканчивая изоляционными материалами. ХФУ нашли широкое применение в баллонах для распыления аэрозолей и в качестве веществ для промывания электрооборудования. Источниками хлора и азота являются также атомные взрывы, военные самолеты, ракеты.

Одна молекула хлора может разрушить 105 молекул озона!

Влияние на озоновый слой оказывают также фреоны, продолжительность жизни которых около 100 лет. Источниками фреонов являются холодильные агрегаты и бытовые распылительные баллончики.

По оценкам ученых разрушение озонового слоя в 1974 годы достигло 0,4–1%; к 2010 году прогнозируется разрушение уже 3%; к 2050 – 10%. Ядерная война может сразу уменьшить озоновый слой на 70%.

В 1996 г. была принята международная декларация, запрещающая использование наиболее опасных ХФУ. При соблюдении условий декларации для полного восстановления озонового слоя потребуется не менее 100 лет.

Фотохимический смог. Иная проблема, связанная с озоном, но не связанная с разрушением озонового слоя – это фотохимический смог. Озон в нижних слоях атмосферы (тропосфере) является загрязняющим веществом. Он образуется на свету при реакции оксидов азота с углеводородами. Озон в тропосфере снижает продуктивность сельскохозяйственных культур. Он замедляет фотосинтез в растениях и ослабляет их. По оценкам специалистов, в США ежегодные потери кукурузы, пшеницы, соевых бобов и арахиса, вызванные озоном, достигают от 1,9 до 4,5 миллиардов долларов. В дополнение, озон ускоряет процесс разрушения резиновых изделий, текстиля и покрытий.

Химия фотохимического смога достаточно сложная, но в упрощенном виде может быть представлена следующими уравнениями:



где ПАН – пероксиацилнитраты.

Смог очень токсичен. Для образования смога необходимо в солнечную погоду наличие оксидов азота и углеводородов, которые выбрасываются автотранспортом и промышленными предприятиями. Наиболее вероятное время суток для образования смога – 11–14 часов дня. Различают два вида смога.

Фотохимический смог (или еще его называют Лос-андже-лесский тип смога) возникает, как правило, летом при интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насыщенный, а вернее перенасыщенный выхлопными газами автомобилей. В Лос-Анджелесе выхлопные газы более четырех миллионов автомобилей выбрасывают более тысячи тонн оксидов азота в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе проходят реакции с образованием новых высокотоксичных загрязнителей – фотооксидантов (озон, органические перекиси, нитриты, ПАН и др.), которые являются причиной раздражения слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. Только в одном городе Токио смог вызвал отравление 10 тыс. человек в 1970 г. и 28 тыс. – в 1971 г. По официальным данным, в Афинах в дни смога смертность в шесть раз выше, чем в дни относительно чистой атмосферы. В некоторых городах России (Кемерово, Ангарск, Новокузнецк, Медногорск и др.), особенно в тех, которые расположены в низинах, в связи с ростом числа автомобилей и увеличением выброса выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность образования фотохимического смога увеличивается.

Различают другой тип смога: зимний смог (лондонский тип). Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных погодных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия). Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300–400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстройству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. В 1952 г. в Лондоне от смога за пять дней погибло более 4 тыс. человек, до 10 тыс. человек тяжело заболели. Рассеять смог может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию – сокращение выбросов загрязняющих веществ.

Катастрофические экологические изменения связаны с интенсивным загрязнением Мирового океана, который в результате фотосинтетической деятельности одноклеточных зеленых водорослей производит 75% кислорода, насыщающего атмосферу. Наибольшую опасность для жизни Океана представляют нефтяные загрязнения. Сейчас в Океан ежегодно выливается около 10 млн. тонн нефти, которая угрожает жизни водорослей. Ученые просчитали, что при поступлении в Океан 25 млн. тонн нефтепродуктов в год ведет к полному уничтожению в нем всего живого и, тем самым, к перекрытию источника кислорода в атмосферу.

Поступление кислорода в атмосферу Земли в результате фотосинтетической деятельности растений ежегодно составляет 300 млрд. тонн. 90% этого количества расходуют живые организмы биосферы, 10% расходуются промышленностью. Но при нынешних темпах развития промышленность требует все больше кислорода, и через 100 лет (при современной технологии) содержание кислорода в атмосфере может снизиться с 21% до 8%.

Мировой опыт показывает, что для стабилизации экологической ситуации в стране нужно затратить не менее 3% валового национального продукта, а для улучшения экологической ситуации – не менее 5%. Такие расходы несут в настоящее время Германия, Швеция, Англия. Самые большие затраты на природоохранные мероприятия у США – 7%. По данным Комитета по экологии Государственной Думы затраты России на эти цели не более 0,5% [3].