Взаимодействие человека и природы - Экология - Скачать бесплатно
Негосударственное образовательное учреждение
Вологодский кооперативный техникум
Р Е Ф Е Р А Т
на тему:
«Взаимодействие человека и природы»
по дисциплине:
«Экологические основы природопользования»
Выполнили студентки
очного отделения
группы 2 бух
Ордина И. М.
Кудряшова Ю.А.
г. Вологда
2003
Взаимодействие человека и природы
1.1 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ БИОСФЕРЫ 3
1.2. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ 8
1.3. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА НА БИОСФЕРУ 11
1.4. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ. ПРИЗНАКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КРИЗИСА 21
1.5 Влияние биосферы на человека. 26
1.6. ПИЩЕВЫЕ РЕСУРСЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА. ПРОБЛЕМЫ ПИТАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ
ПРОДУКЦИИ 28
1.6.1. Проблемы рационального питания 28
1.6.2. Плодородие земли и почвы 34
1.6.3. Загрязнение земель и почв 36
1.6.4. Нормирование загрязнений почв и их влияние на здоровье людей 40
1.6.5. Нарушение и рекультивация земель 43
1.6.6. Охрана земель и контроль за их использованием 45
1.1 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ БИОСФЕРЫ
Тонкий слой земной поверхности и атмосферы, где существует жизнь,
называется биосферой. Биосфера, или, как ее чаще называют, окружающая
среда, включает две группы компонентов. Живые, или биотические, компоненты
составляют растения, животные и микроорганизмы; к неживым, или
абиотическим, компонентам относятся: воздушная среда (атмосфера), водная
среда (гидросфера), почва, недра (верхняя часть земной коры), климатическая
и акустическая среды.
Рассмотрим абиогенные составляющие окружающей среды, подвергающиеся
наибольшему антропогенному воздействию.
Воздушная среда может быть наружной, в которой человек находится меньшую
часть времени (до 10—15%), внутренней производственной, в которой человек
проводит примерно треть своего времени (до 25—30%), и внутренней жилой, в
которой люди пребывают большую часть времени (до 60—70%). Из этого не
следует, конечно, что можно недооценивать состояние наружной воздушной
среды, так как из нее поступает воздух в жилые и производственные
помещения.
У поверхности земли наружный воздух содержит по объему (%): азота 78,08;
кислорода 20, 95; инертных газов 0,94; диоксида углерода 0,03. На высоте 5
км содержание кислорода остается тем же, содержание азота увеличивается до
78,89%. У поверхности земли воздух включает различные примеси. В городах в
нем может содержаться более 40 ингредиентов, чуждых природной воздушной
среде. Внутренний воздух в жилищах, как правило, отличается повышенным
содержанием диоксида углерода. Внутренний воздух производственных помещений
имеет примеси, характер которых определяется технологией производства.
Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды
в основном сосредоточены в Мировом океане. Площадь поверхности океана
(акватория) составляет 361 млн. км2, что в 2,4 раза больше площади суши
(149 млн. км2). Более 1 млрд. км3 воды в океане сохраняет постоянную
соленость (около 3,5%о) и температуру (примерно 3,7°С). Заметные различия в
солености и температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном
слое воды, а также в окраинных и особенно средиземных морях. Содержание
растворенного кислорода в воде заметно уменьшается на глубине 50—60 м.
Подземные воды могут быть солеными, солоноватыми и пресными;
геотермальные воды имеют повышенную температуру.
Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. км3. Кроме
того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. км3.
При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или
подземную воду, подвергая ее опреснению или гиперфильтрации. Оба этих
процесса весьма энергоемки, поэтому представляет интерес предложение,
состоящее в использовании в качестве источника пресной воды айсбергов (или
их части), которые с этой целью буксируют по воде к берегам стран,
испытывающих недостаток пресной воды. По предварительным расчетам получение
пресной воды таким способом примерно вдвое менее энергоемко по сравнению с
опреснением и гиперфильтрацией.
Важным обстоятельством, связанным с водной средой, является то, что
через нее в основном передается примерно 80% инфекционных заболеваний.
Почва — верхний слой литосферы (земной коры, твердой оболочки Земли) —
занимает особое место среди всех природных богатств: она дает продукты
питания, корм для скота, волокно для одежды, лесоматериалы и т. д. Толщина
почвы составляет в среднем 18—20 см, в некоторых районах суши она вообще
отсутствует, а кое-где достигает 1,5—2 м. Под совокупным воздействием
климата, растительности, жизнедеятельности организмов, изменений рельефа в
почве непрерывно происходят процессы созидания и разрушения. Подсчитано,
что создание плодородного слоя почвы толщиной 2—3 см при благоприятных
условиях происходит за 200—1000 лет.
Структура почвы зависит от наличия в ней глины или песка. Если
количество песка (частицы диаметром 0,02—2 мм) в почве очень высокое, она
не сможет удерживать воду и воздух, в результате чего будут окисляться
основные органические вещества. Если в почве высокое содержание глины
(частицы диаметром менее 0,002 мм) и ила, почва будет менее проницаемой для
воды и газов. Обычно почвы с высоким содержанием глинистых частиц
накапливают и удерживают питательные вещества, необходимые для активного
роста растений.
Растения и животные также влияют на характер почвы. В верхних слоях
почвы накапливаются растительные остатки, которые впоследствии разлагаются
под действием почвенных организмов. Разложившиеся растительные остатки
разрыхляют почву, делая ее воздухо- и водопроницаемой. Роющие животные от
сурка до муравья, земляного червя и крохотных беспозвоночных также
способствуют разрыхлению почвы.
Главный фактор, характеризующий качество почвы, — плодородие. Его
ухудшение возможно в результате действия процессов природного или
антропогенного происхождения (водная и ветровая эрозия, заболачивание,
загрязнение почвы промышленными и бытовыми отходами, загрязнение в
результате вносимых удобрений и ядохимикатов). Особенно большой ущерб
плодородию почв наносит эрозия.
Растительный и животный мир целесообразно рассматривать совместно, так
как они не могут существовать раздельно. В зеленых растениях благодаря
фотосинтезу создается органическое вещество. Фотосинтез — процесс получения
углеводов из диоксида углерода и воды с помощью световой энергии солнечных
лучей, которую растения превращают в химическую энергию и запасают в
углеводах. При этом выделяется кислород, а углерод входит в состав
органических соединений.
Животный мир вносит значительный вклад в почвообразовательные процессы,
состояние водоемов, расселение растений. Звери и птицы, мигрируя,
рассеивают семена растений, обогащают почву и водоемы органическими
веществами. Они служат резервом генетического фонда для дальнейшего
выведения ценных пород домашних животных. Животный мир включает более 2
млн. видов, растительный — лишь около 500 тыс.
Человек оказывает большое воздействие на животный и растительный мир.
Это воздействие может быть прямым, выражающимся, например, в добыче
промысловых животных и истреблении вредных видов, и косвенным, состоящим в
изменении условий их существования: загрязнении атмосферы, воды и почвы;
осушении болот, распашке степей, строительстве плотин и водохранилищ и др.
Недра содержат величайшие богатства Земли, ее минеральные ресурсы. Это
полезные ископаемые: руды черных, цветных и редких металлов, различные виды
топлива, химическое сырье и строительные материалы.
Минеральные ресурсы не способны к самовосстановлению и относятся к
исчерпаемым, невозобновляемым. Поэтому необходимо следить за сохранностью
запасов полезных ископаемых, обеспечивать охрану месторождений от
затопления и обновления, не застраивать территории их залегания.
С целью нанесения наименьшего ущерба природе и по экономическим
соображениям необходимы комплексная разработка месторождений полезных
ископаемых и рекультивация нарушенных земель. Наряду с полезными
ископаемыми все составные вещества, содержащиеся в рудном теле и
покрывающих породах, могут служить сырьем для различных отраслей народного
хозяйства, и при их комплексном использовании сопутствующие компоненты не
будут образовывать отвалы. Следует учесть, что стоимость сопутствующих
компонентов часто бывает не меньше стоимости основного полезного
ископаемого.
Рекультивация состоит в сохранении почвенного слоя, снимаемого до начала
горных работ, в формировании из вынутого грунта плоских отвалов, террас и в
последующем использовании почвенного слоя для покрытия их поверхности.
Рекультивация включает восстановление почвы или создание на отвалах
условий, обеспечивающих ее плодородие.
Климатическая среда — важный фактор, определяющий развитие видов
животного и растительного мира, урожайность сельскохозяйственных культур.
Большая часть территории нашей страны имеет значительно более холодный, чем
в других странах, климат.
Акустическая среда — фактор, существенно влияющий на самочувствие людей
и животных. Исследования доказали, что повышенный шум неблагоприятно влияет
даже на развитие растений.
Акустические колебания охватывают большой диапазон частот: от 1 до 16 Гц
— инфразвуковые, от 16 Гц до 20 кГц — звуковые, свыше 20 кГц —
ультразвуковые. Находящиеся в звуковой области шумы принято делить на
низкочастотные (ниже 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц) и
высокочастотные (свыше 800 Гц). Как правило, в спектре шума присутствуют
все частоты. Самое неблагоприятное действие на человека оказывает шум, в
спектре которого преобладают высокие частоты.
Люди по-разному воспринимают шум в зависимости от возраста,
эмоциональности, состояния нервной системы и пр. Он мешает работе, отдыху,
нарушает сон. Шум — не только причина развития глухоты, но и таких
заболеваний, как гипертония, расстройство центральной нервной системы, язва
желудка и др. Сильный шум, длительное время воздействующий на человека,
понижает его способность к продолжению рода. Звук, равный 130 дБ,
воспринимается уже не как звук, а как давление, причиняющее боль. По данным
австралийских исследователей шумовое загрязнение, характерное сейчас для
больших городов, сокращает продолжительность жизни людей на 10—12 лет.
Все вещества на нашей планете находятся в процессе биохимического
круговорота. Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и
малый (биотический). Геологический круговорот длится миллионы лет и
происходит между сушей, атмосферой и океаном. При этом часть химических
соединений растворяется в воде, переходит в воздух или потребляется
организмами. В результате медленных геотектонических изменений материки
опускаются, а морское дно поднимается, морские напластования возвращаются
на сушу, и процесс начинается вновь.
Малый круговорот является частью большого, происходит на уровне
конкретной экологической системы (лес, тундра, болото и т. д.) и
заключается в том, что минеральные питательные вещества почвы и воды под
действием солнечной энергии аккумулируются в растениях, расходуясь на
создание их массы, обеспечивая существование других биотических
компонентов.
1.2. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ
Живые и неживые компоненты в разных сочетаниях образуют экосистемы,
представляющие собой участки земли, где все живые существа приспособлены к
совместному существованию — биогеоценозу.
Экосистемы удивительным образом различаются в разных частях планеты. Но
хотя тропический влажный лес или коралловый риф имеют как будто мало общего
с холодной тундрой или открытым морем, жизнеспособность всех экосистем
основывается на четырех общих принципах: 1) каждая экосистема способна
поглощать энергию и направлять ее своим обитателям; 2) в каждой экосистеме
происходит круговорот питательных веществ; 3) в каждой экосистеме
устанавливается и сохраняется динамическое равновесие; 4) поток энергии и
веществ зависит от характеристики организмов, от уникальной роли каждого из
них.
В любой экосистеме обязательно существует поток- энергии, заключающийся
в том, что солнечная энергия сначала поглощается растениями, затем
переходит от растений к травоядным животным, от травоядных к плотоядным
животным и т. д. Все экосистемы имеют особые пути, по которым
осуществляются поток и распределение веществ. В частности, в биосфере
постоянно происходит циркуляция воды. Вода и тепло с различных источников
(живых и неживых) достигают атмосферы в результате испарения. Когда водяной
пар движется вместе с ветром, теряя тепло и конденсируясь, образуются
аэрозоли или другие, конденсационные центры. Позднее пар выпадает в виде
дождя, снега и града или вновь конденсируется на более холодной поверхности
в виде росы или инея.
Третий основной компонент экосистемы — изменяющаяся совокупность
генотипов, которые организуют материю, используя имеющуюся энергию.
Распространение этих генотипов, а иначе говоря, видов растений и животных,
и вместе с ними перемещение различных веществ в пространстве и во времени
обычно происходят в определенном порядке.
Растения поглощают около 1—5% энергии, достигшей поверхности земли, и
фиксируют ее в процессе фотосинтеза для образования Сахаров и других
углеводов. Эти растения, называемые продуцентами (производителями),
используют часть фиксированной энергии для дыхания, поскольку они должны
восстанавливать и увеличивать свою клеточную массу. Все травоядные и
плотоядные животные — потребители — зависят от фиксированной энергии,
которая идет на удовлетворение их собственных энергетических потребностей и
на образование сырьевого материала для других потребителей, в частности для
человека. Это относится и к организмам — разрушителям (микроорганизмам),
которые разлагают мертвые ткани и освобождают питательные вещества в такой
форме, чтобы продуценты опять могли их использовать. Каждая экосистема
имеет своих продуцентов, потребителей и разрушителей.
Кроме того, все системы определенным образом изменяются до тех пор, пока
не достигнут состояния динамического равновесия под влиянием условий среды.
Экосистемы имеют высокоорганизованную структуру взаимодействия между
своими компонентами, причем рискованным для динамического равновесия
экосистемы может оказаться как удаление того или иного организма, так и
введение нового вида.
С годами экосистемы изменяются, изменяется их абиотическая среда,
численность и виды организмов, живущих в экосистеме, пути и эффективность
передачи энергии и веществ, и, если не возникает каких-либо
катастрофических условий, стабильность экосистемы увеличивается. Можно
предположить существование примитивных экосистем в прошлом, которые
эволюционировали в более сложные, биологически более разнообразные и
физически более устойчивые современные экосистемы. Какими бы
характеристиками ни обладали экосистемы, все они эволюционируют в
направлении более высокой стабильности, т. е. к динамическому равновесию,
при котором обеспечиваются потребности всех видов в пище, убежище, удалении
отходов, регуляция численности популяций и уровня заболеваемости.
Процесс изменения экосистем называют сукцессией. Первичная сукцессия
начинается в бесплодной среде, которая никогда до этого не была обитаемой.
Вторичная сукцессия происходит на территории, которая была ранее заселена,
но оказалась разрушенной под действием естественных сил: огня, шторма и
климатического сдвига, или в результате искусственного вмешательства —
обработки земли, распашки и т. д. В обоих случаях образуется простое
сообщество первых организмов, которые постепенно создают условия,
благоприятные для обеспечения все большего разнообразия организмов,
населяющих экосистему. Сообщество, состоящее из популяций растений и
животных, живущих на одной и той же территории, становится все более
сложным, пока не будет достигнуто равновесие с физической средой. Такое
сообщество называют климаксовым, и до тех пор, пока оно не будет нарушено,
оно само поддерживает свою стабильность, будь это тропический, березово-
осиновый лес или северная тундра.
На протяжении столетий климаксовые сообщества прогрессировали,
разрушались, исчезали и вновь появлялись в зависимости от изменения
климата. Если указанные процессы происходят без вмешательства человека, то
их последовательность предсказуема, так как базируется на известных
принципах, приведенных ранее.
Известно, что экосистемы становились разнообразнее и накапливали
химические элементы по мере эволюции наземных растений от мха до пышных
лесов. Слой почвы утолщался по мере того, как у растений развивались
настоящие корни (отсутствующие у самых ранних наземных растений).
Увеличивалась взаимозависимость видов, например, насекомых и цветковых
растений, муравьев и тли.
1.3. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА НА БИОСФЕРУ
В 60-х годах XX в. в Египте вблизи города Асуана была построена высокая
плотина через реку Нил. Это огромное сооружение привело к появлению одного
из самых крупных искусственных озер в мире. Вода вращает гигантские
турбины, которые производят миллионы киловатт электроэнергии ежегодно, и
орошает 3000 га земли. Там, где раньше собирали только один урожай в год,
стало возможным выращивать три и даже четыре урожая ежегодно. Плотина
регулирует также значительные сезонные колебания уровня воды Нила,
Увеличена навигация, промышленность получает электроэнергию, а само озеро
послужило источником лова пресноводных рыб. Это положительные последствия,
связанные с постройкой плотины. Но имеются и отрицательные последствия,
которым не было уделено достаточного внимания.
Одно из таких последствий — значительное уменьшение улова сардин в водах
дельты Нила. Как известно, во время ежегодного разлива Нила в высокогорных
районах Эфиопии в его пойме собираются тысячи тонн богатых веществами
илистых наносов, которые до строительства плотины уносились по реке в море.
Эта вода не только обогащала питательными веществами берега Нила, но также
и близлежащие воды Средиземного моря. Мелкие плавающие растения моря быстро
росли, затем использовались в пищу беспозвоночными животными, которые, в
свою очередь, становились добычей сардин. Однако с завершением
строительства плотины плодородные осадки перестали достигать Средиземного
моря, и поэтому популяция сардин начала сокращаться. Это сокращение
составляет приблизительно 18 000 т ежегодно и дает убыток в 5 млн.
долларов.
Отсутствие богатых питательными веществами осадков сказывается также на
плодородии полей нижней части долины Нила. Увеличилось применение
синтетических удобрений (азота), что, естественно, повлекло за собой
определенные расходы и частично компенсировало эту потерю, но промышленные
удобрения сами по себе не в состоянии поддерживать высокий уровень азота в
почве.
Таким образом, строительство плотины оказалось серьезным, дорогим и
драматичным экспериментом, нарушившим равновесие экосистемы Нила в
результате недальновидного вмешательства человека. Возникает вопрос: вносят
ли люди, как другие организмы, вклад в увеличение продуктивности и
стабильности биосферы или же они нарушают равновесие в результате своего
вмешательства?
Человек несет ответственность за нарушение экосистемы, потому что
уменьшает ее способность поддерживать популяцию человека без внесения
какого-либо дополнительного вклада, часто очень дорогого. Необходимо
сводить к минимуму вред, наносимый экосистеме, учиться такому важному и
часто дорогостоящему делу, как восстановление разрушенных или исчезнувших
экосистем.
Наряду со значительными непосредственными изменениями в окружающей среде
деятельность людей приводит к менее заметным, но более стабильным и
отдаленным последствиям.
Один из наиболее опасных экспериментов такого рода — широкое применение
хлорсодержащих углеводородов в качестве инсектицидов. В 40-х годах XX в.
эти ядовитые вещества оказались такими эффективными против мух, москитов,
вшей, блох и других потенциальных возбудителей заболеваний, что их начали
использовать во всем мире. Сотни тысяч тонн этих веществ вносились на
площади в сотни миллионов гектаров земли в лесах и городах. При этом
преследовалась только одна узкая цель — борьба с насекомыми.
Однако отдаленные последствия таких действий чрезвычайно серьезны.
Увеличилось количество насекомых, устойчивых к пестицидам. Сами пестициды
не разлагались, а концентрировались в окружающей среде и поглощались всеми
видами организмов. У многих крупных организмов в тканях накапливалось
большое количество пестицидов, что влияло на их приспособляемость. В
результате многие естественные враги насекомых погибали, и поэтому с
насекомыми некому было бороться. В отсутствие естественных врагов насекомых
с вредителями можно бороться, только увеличивая количество и разнообразие
пестицидов. Более того, даже те насекомые, которые ранее были безвредными,
могут стать вредителями, если их численность больше не подвергается
естественному контролю.
Хуже всего то, что человек продолжает совершать те же самые ошибки. Как
только один инсектицид становится бесполезным, его стараются заменить
другим, причем в большинстве случаев следуя той же стратегии полного
истребления, которая не оправдала себя раньше. Сколько же ядовитых веществ
используется против насекомых? И сколько же из них, попадая в пищу,
отравляют тех же самых людей, которых они должны были защищать? Многие
пестициды плохо растворяются, но сравнительно легко усваиваются
организмами. В результате происходит их биоаккумуляция. Этот процесс можно
проиллюстрировать следующим образом. В воде содержится примерно 50 частей
пестицида на триллион частей воды; микроскопический зоопланктон может
аккумулировать в 1000 раз большее количество пестицидов. В креветках,
питающихся зоопланктоном, концентрация ядовитого вещества в четыре раза
выше; мелкая и другая рыба содержит еще большее количество токсических
остатков, а ныряющие птицы, которые питаются рыбой, могут накапливать
чрезвычайно высокое количество данного вещества: до 600—800 частей на
миллион частей воды. По этой причине птицы размером с дрозда гибнут в
огромном количестве. Кроме того, яйца, отложенные самками орлов, могут
иметь такие тонкие стенки, что птенцы в них не развиваются. Биоаккумуляцией
объясняется и тот факт, что лосось, пойманный в о. Мичиган, нередко
содержал такое большое количество ДДТ, что признавался непригодным для
пищи. Иногда непригодным по этой же причине становилось материнское молоко.
В настоящее время применение ДДТ запрещено.
В результате биоаккумуляции происходит накопление и радиоактивных
изотопов некоторых метаболически важных элементов. Эти изотопы обычно
существуют в природе в незначительных количествах, но их содержание в
окружающей среде стало возрастать с начала «атомного века» (т. е. с 1945
г.) в результате испытания атомного оружия и развития производства ядерной
энергии. Наиболее опасные изотопы для человека — иод 133, который
скапливается в щитовидной железе, стронций 90, концентрирующийся в костных
тканях, и цезий 137, аккумулирующийся в тканях мышц. Когда эти элементы
становятся компонентами в цепи питания, то их концентрация на каждом уровне
этой цепи оказывается выше, чем на предыдущем.
Таким образом, деятельность людей все чаще приводит к непредсказуемым
цепным реакциям в окружающей среде. Человек успешно конкурирует с любыми
другими организмами, например с крупными рыбами и млекопитающими, в
потреблении продуктов моря. Люди проникают повсюду: в Антарктиду, джунгли,
пустыни и т. д. Такое расширение зон обитания и экологической нищи
неизбежно ограничило «права» других видов организмов.
Особенно тяжелыми были последствия такого ограничения для диких форм.
Вычислено, что за каждое тысячелетие существования человека, которое
насчитывает более миллиона лет, в результате его деятельности исчезал один
вид организмов. Правда это только научная догадка, основанная на ископаемых
данных. Но тем не менее, можно с уверенностью сказать, что скорость
вымирания организмов резко повысилась. Сегодня вымирает один вид каждые
пять или десять лет.
Исчезло более 1% известных видов млекопитающих и птиц, а более 300 видов
птиц в настоящее время находятся под серьезной угрозой исчезновения.
Люди существенно видоизменили окружающую среду, построив огромную сеть
дорог, городов, промышленных, сельскохозяйственных и других
комплексов, разделяющих и нарушающих естественные экосистемы, при этом
мало внимания уделяя негативным экологическим последствиям.
Дороги разделяют поверхность Земли на отдельные части и в ряде
случаев нарушают целостность биогеоценоза. Леса прорезают широкие просеки,
с которых удаляют верхний слой почвы и которые регулярно скашивают с целью
регулирования на них роста растительности. Каждую зиму на проезжих дорогах
расходуют тонны соли. А летом тротуар нагревается под действием солнечных
лучей более чем до 50° С. Движение транспорта на дорогах создает шум,
вибрацию, приводит к загрязнению воздуха. Кроме того, движение автомобилей
препятствует перемещению через дорогу животных.
Строительство дорог способствует заселению тех территорий, которые
раньше были недоступны.
Дорога, пересекающая лес, препятствует естественному движению воды, а
также перемещению живых организмов. Дорога, пересекающая дренажный
|
