Вопросы по экологии
Основные пути миграции и накопления в биосфере токсичных и радиоактивных веществ.
Вмешательство человека в окружающую природную среду привело к ухудшению его здоровья как биологического вида, огромный ущерб нанесен состоянию компонентов всех природных экосистем. Загрязнение всех сред — атмосферного воздуха, воды, почвы — нарушает природные механизмы стабилизации.
Основными путями миграции токсичных, радиоактивных и других веществ, опасных для человека, животных и растений, являются:
1) перенос воздушными течениями;
2) распространение по водным объектам, в том числе проникновение в подземные воды, с последующим попаданием в воды Мирового океана;
3) движение по трофическим цепям — ряду видов или их групп, каждое предыдущее звено в которых служит пищей для следующего.
Загрязнение окружающей среды токсинами — металлами, хлорированными углеводородами, нитратами, нитритами и нитросоединениями, асбестом, диоксинами и пестицидами — представляет серьезную опасность для всех экосистем. Не меньшую опасность несут канцерогенные вещества — бензапирен, промышленная пыль, диоксид азота и диоксид серы. Потенциальную опасность для водных экосистем и человека-водопользователя представляет аккумуляция радионуклидов водной биотой и донными осадками вследствие долгого периода распада изотопов стронция, цезия, циркония и ниобия.
В организм человека, как и другие живые организмы, радиоактивные и химические загрязнения проникают через дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт с потребляемой пищей и водой.
В ходе метаболизма загрязняющие вещества превращаются в неопасные продукты, выводимые затем из организма через выделительную систему. Ксенобиотики не перерабатываются ферментными системами организмов. Значительная часть канцерогенных веществ превращается в еще более опасные и токсичные вещества, чем до поступления в организм.
Повреждающее воздействие химического элемента или радиоактивного вещества проявляется на разных структурных уровнях организации.
На молекулярном уровне имеют место процессы ингибирования ферментов, необратимые изменения макромолекул: белков и нуклеиновых кислот и, как следствие, нарушение процессов метаболизма.
На клеточном уровне происходят изменения структуры и проницаемости мембран, нарушение нормальной жизнедеятельности клеток вызывает расстройство функции органов, образованных данными клетками.
На уровне организма изменение функционирования органов проявляется характерными признаками отравления в виде замедления роста, ослабления репродуктивной функции, появление хронических и онкологических заболеваний.
Во всех случаях вещества, хорошо растворимые в воде, быстрее и в больших количествах переносятся в природных средах от источника их образования к органам-мишеням живых организмов. В принципиальной схеме миграции загрязнений антропогенного происхождения в природных средах выделяют пять стадий.

Стадии миграции антропогенных загрязнений (Астафьева, 2006): первая – 1–3; вторая – 4–9; третья – 10–12; четвертая – 13–17; пятая – 18–23 

Первая стадия. Это стадия поступления загрязнений из источников их образования в природные среды. В атмосферный воздух летучие вредные вещества поступают в виде газов, паров и мелкодисперсных частиц 1. В водоемы загрязнения сбрасывают в виде промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, в которых загрязняющие вещества находятся в виде растворов, эмульсий или взвесей 2. Сточные воды перед сбросом в водоемы должны подвергаться предварительной очистке от загрязнений на очистных сооружениях. Перегрузка очистных сооружений, а в ряде случаев их отсутствие или устаревшие технологии очистки приводят к тому, что со сточными водами в водоемы поступают значительные количества самых разных загрязнений. Еще один путь поступления в природную среду загрязнений – накопление в почве на свалках и в местах захоронения твердых производственных и бытовых отходов, в том числе выработавшей ресурс и уничтожаемой техники и материалов 3.
Вторая стадия. На этой стадии происходит миграция загрязнений внутри природных сред – перенос воздушными массами, стоком рек и морскими течениями. Одновременно происходит миграция загрязнений между геосферами в виде «кислотных дождей» и седиментации взвешенных в атмосферном воздухе твердых частиц на поверхность почвы 4 и водоемов 5. Например, при сжигании различных видов топлива (каменного угля, мазута, бензина и дизельного топлива) в топочных котлах и двигателях внутреннего сгорания в результате прямой реакции между молекулярным азотом и кислородом в условиях высоких температур образуются оксиды азота NOx – предшественники «кислотных дождей». Они оказывают непосредственное вредное воздействие на растения, вызывая химические ожоги, и косвенное, заключающееся в закислении водоемов и почвы.
В незагрязненной среде показатель рН природных водоемов и почвы находится в пределах 6,5–8,5. Эти пределы рН определяются двумя природными факторами:
1) растворением в воде диоксида углерода с образованием слабой угольной кислоты (рН = 6,5);
2) растворением природных известняков, придающих воде щелочной характер.
Кроме биохимического воздействия и закисления водоемов и почвы «кислотные дожди» вызывают ускоренную коррозию металлических конструкций, разрушение неметаллических строительных материалов (бетона, известняков и т. д.) и лакокрасочных покрытий. Незначительное закисление (5 < рН < 6) природных водоемов снижает численность популяций водорослей, фито- и зоопланктона. При значительном закислении (рН < 5) погибают многие виды рыб. Особенно чувствительны к закислению водоемов икра и молодь рыбы. Повышение кислотности среды приводит к растворению многих токсичных тяжелых металлов.
Миграция химических веществ между геосферами происходит в результате испарения с поверхности почвы и водоемов летучих веществ, поступающих в атмосферу 6, 7. Летучие вещества в почве и водоемах образуются в процессе химических и биохимических превращений твердых отходов природного и антропогенного происхождения. Растворимые в воде вещества, содержащиеся в почвах, в том числе и на свалках, вымываются атмосферными осадками, талыми и грунтовыми водами и затем транспортируются в водоемы 8. Растворенные в воде водоемов биогенные вещества и антропогенные загрязнения при поливе сельскохозяйственных угодий и во время весенних паводков накапливаются в почве 9.
Третья стадия. На этой стадии происходит перемещение загрязнений из атмосферы 12, почвы суши в виде почвенного раствора через корневую систему в растения 10. Аналогичный процесс происходит и в водоемах, отличающихся тем, что в водные растения поступают загрязнения, содержащиеся в донных отложениях и в воде водоемов 11.
Почвенный раствор – это жидкая фаза почвы, ее наиболее подвижная, активная и изменчивая часть. Почвенный раствор является основным источником химических элементов питания растений и микроорганизмов почвы. Формирование химического состава почвенного раствора определяется составом пород, образующих почву, растительного опада, атмосферных осадков и техногенной пыли. Почвенный раствор участвует во всех процессах превращения минеральных и органических веществ, в том числе и загрязнений антропогенного происхождения, их миграции. Изменение химического состава почвенного раствора позволяет судить о влиянии антропогенных загрязнений на биосферу. В составе почвенных растворов в регионах с повышенным антропогенным загрязнением имеет место повышенная концентрация ионов Н+, SO42-,Al3+, Mn2+, Cu2+, Mg2+ и многих тяжелых металлов. Снижение рН почвенного раствора, как и воды водоемов, приводит к тяжелым экологическим последствиям, которые заключаются в увеличении растворимости в кислой среде многих высокотоксичных металлов. В кислых почвенных растворах и в воде водоемов с рН < 6 концентрации тяжелых металлов (Сu, Pb, Hg, As, Sb и др.) достигают 10–1 000 мг/л, тогда как в «чистых» почвенных растворах и водоемах их содержание измеряется микрограммами. Увеличение кислотности почв отражается на жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и приводит к повышенному содержанию тяжелых металлов в растительности, в том числе и в овощах, употребляемых человеком. Антропогенное закисление почв и загрязнение их тяжелыми металлами в подвижной форме тормозят процессы разложения растительных остатков и нарушают естественный кругооборот биогенных элементов. При закислении почвы уменьшается количество доступных для растений питательных элементов (Са, Mg) в результате их взаимодействия с серной кислотой и образования малорастворимых солей (CaSO4, MgS04). Одновременно в кислой среде алюминий переходит в растворимую форму и блокирует усвоение растениями биологически необходимого фосфора за счет связывания катионами алюминия фосфат ионов с образованием нерастворимого фосфата алюминия (АlРО4). При рН < 5 погибают азотфиксирующие бактерии, что приводит к нарушению азотного питания растений. Серьезную экологическую опасность представляют грунтовые и поверхностные воды, формирующиеся в местах расположения организованного и стихийного складирования производственных и хозяйственно-бытовых отходов. В этих водах могут присутствовать самые разные химические элементы и вещества в непредсказуемых концентрациях.
Четвертая стадия. Поступление загрязнений в организмы животных, обитающих на суше, с растительными кормами 13, в процессе дыхания14 и с питьевой водой 15. В организмах гидробионтов концентрируются загрязнения, растворенные в воде, содержащиеся в водной растительности и планктоне 16, 17. Например, планктон концентрирует в своей массе свинец в 12 000, кобальт в 16 000, а медь в 90 000 раз больших концентрациях по сравнению с их концентрациями в водоеме.
Пятая стадия. Поступление антропогенных загрязнений, содержащихся в злаках, овощах, фруктах, ягодах 19, в мясе животных, рыбы и морепродуктов 18, 20, 22, при их переработке в пищевые продукты в организм человека. Одновременно в процессе дыхания и употребления питьевой воды в организм человека поступают загрязнения, находящиеся в атмосферном воздухе 21 и питьевой воде 23.
Непреднамеренное воздействие человека на окружающую среду
Непреднамеренное воздействие возникает побочно с первым типом воздействия, в частности, добыча полезных ископаемых открытым способом приводит к понижению уровня грунтовых вод, к загрязнению воздушного бассейна, к образованию техногенных форм рельефа (карьеры, терриконы, хвостохранилища). Строительство ГЭС сопряжено с образованием искусственных водохранилищ, которые воздействуют на среду: вызывают повышение уровня грунтовых вод, меняют гидрологический режим рек и т.д. При получении энергии из традиционных источников (уголь, нефть, газ) происходит загрязнение атмосферы, поверхностных водотоков, подземных вод и пр. непреднамеренные воздействия могут быть прямыми и косвенными. Прямые воздействия имеют место в случае непосредственного влияния хозяйственной деятельности человека на среду, в частности ирригация (орошение) непосредственно воздействует на почву и изменяет все процессы, связанные с ней. Косвенные воздействия происходят опосредованно — через цепочки взаимосвязанных влияний. Так, преднамеренные косвенные воздействия — это применение удобрений и непосредственно влияние на урожайность культур, а непреднамеренные — влияние аэрозолей на количество солнечной радиации (в особенности в городах) и т.д. Воздействие горного производства на среду — многообразно проявляется в прямом и косвенном воздействии на природные ландшафты. Наибольшие нарушения земной поверхности происходят при открытом способе разработки полезных ископаемых, на долю которого в нашей стране приходится более 75% объема горного производства. В настоящее время общая площадь земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых (уголь, железные и марганцевые руды, нерудное сырье, торф и др.), а также занятых отходами горного производства, превышает 2 млн. га, из которых 65% приходится на европейскую часть РФ.
Подсчитано, что при добыче 1 млн. т железной руды нарушается до 640 га земли, марганцевой — до 600 га, угля — до100 га. Горное производство способствует уничтожению растительного покрова, возникновение техногенных форм рельефа (карьеры, отвалы, хвостохранилища и пр.), деформации участков земной коры (особенно при подземном способе добычи полезных ископаемых). Косвенные воздействия проявляются в изменении режима грунтовых вод, в загрязнении воздушного бассейна, поверхностных водотоков и подземных вод, а также способствуют подтоплению и заболачиванию, что в конечном итоге приводит к повышению уровня заболеваемости местного населения. Среди загрязнителей воздушной среды выделяется, прежде всего, запыленность и загазованность. Подсчитано, что из подземных горных выработок шахт и рудников ежегодно поступает около 200 тыс. т пыли; добыча угля в количестве 2 млрд. т. в год примерно из 4000 шахт в различных странах мира сопровождается выделением в атмосферу 27 млрд. м3 метана и 17 млрд. м3углекислого газа. В нашей стране при разработке угольных месторождений подземным способом также фиксируется значительные количества метана и СО2, поступающие в воздушный бассейн: ежегодно в Донбассе (364 шахты) и в Кузбассе (78 шахт) выбрасывается соответственно метана 3870 и 680 млн. м3 и углекислого газа — 1200 и 970 млн. м3.
Заповедники Забойкальского края
Заповедники Забайкальского края
Забайкалье в силу особой биосферной значимости ее природных комплексов, имеет два Государственных биосферных заповедника — Сохондинский и Даурский.
Сохондинский заповедникСохондинский биосферный заповедник в Забайкальском крае России, расположен на горном массиве Сохондо. Заповедник основан в 1973 году, занимает площадь 211 тысяч га. Заповедная территория занимает горный массив (голец) Сохондо, вытянутый с юго-запада на северо-восток более чем на 20 км, в ширину — на 14 км. Рельеф горный, характерны формы рельефа связанные с оледенением — цирки, троги и морены. Наиболее значительные горные вершины — Сохондо (2508 м над уровнем моря) и Малый Сохондо (2404 м).
На территории Сохондинского заповедника расположены несколько горных озер, самое крупное — Букукун (площадь 58 га, глубина 20 м, расположено на высоте 1892 м над уровнем моря)
Климат резко континентальный, зимой, под влиянием сибирского антициклона, преобладает ясная, тихая, морозная погода; весна теплая, засушливая; для летнего периода характерен тихоокеанский муссон, приносящий в июле-августе осадки в виде ливней. Летом выпадает 80% годовой суммы осадков. Среднегодовая температура -2,9 °С.
Растительность Сохондинского заповедника имеет выраженную высотную поясность: внизу расположен степной пояс (до высоты 1106 м); выше (до 1620 м) — светлохвойно-таежный (лиственница и сосна); еще выше (до 1940 м) — темнохвойно-таежный (кедр, пихта, ель); еще выше (до 2114 м) лугово-стланниковый пояс (с кедровым стлаником) и в высокогорье — гольцово-тундровый пояс.
В заповеднике обитает около 40 видов млекопитающих, 125 видов гнездящихся птиц, три вида пресмыкающихся, два вида земноводных и 10 видов рыб. Из степных видов характерны заяц-толай, тарбаган, сибирский тушканчик, даурский хомячок, корсак, степной хорек, солонгой, даурская куропатка.
Из таежных — белка, бурундук, летяга, соболь, бурый медведь, кабарга, поползень, дятлы, синицы. В светлохвойной тайге встречаются лось, колонок, дрозды (бледный и пестрый), овсянки (белошапочная и седоголовая), каменный глухарь, канюк, филин, сплюшка. В горной тайге — соболь и кабарга. В высокогорьях встречаются белая куропатка, горный конек, альпийская завирушка, сибирский вьюрок, пищуха. Сохондинский заповедник — соболиный резерват Южного Забайкалья.
Даурский заповедникДаурский заповедник расположен в Забайкальском крае, близ города Борзя; основан в 1987 году как биосферный заповедник. Площадь заповедника 44,7 тыс. га. Рельеф равнинный, заповедная территория включает степные, озерно-степные, водно-болотные и лесные ландшафты на юго-востоке Забайкалья. На территории Даурского заповедника находятся Торейские озера (лежат на пути перелетных птиц через Центральную Азию), наиболее крупное из них — озеро Барун-Торей. Животный мир включает 41 вид млекопитающих, 256 видов птиц, 4 вида рыб, 6 видов земноводных и пресмыкающихся, а также более 520 видов насекомых. С 1994 года Даурский заповедник — часть совместного с Монголией и Китаем заповедника; одна из программ — реинтродукция лошади Пржевальского и монгольского кулана.
Заповедник включен в список водно-болотных угодий международного значения (Рамсарская территория). Четыре вида млекопитающих обитающих на его территории (манул, даурский еж, монгольский сурок, дзерен) и 35 видов птиц занесены в Международную Красную книгу.
Рост численности населения
В своей жизни все люди постоянно сталкиваются со сложным комплексом взаимосвязанных проблем и одна из таких проблем — рост численности населения на планете. Численность населения порождает суммарный результат всей экономической, социальной и культурной деятельности человека. В результате многие страны испытывают недостаток продуктов питания, растет безработица, дикая природа оказалась на грани уничтожения и разрушения, загрязняется вода, воздух, почва и т.д. Если представить статистические данные, то они показывают следующее:
1)середина 18 века — население примерно 800 млн.
2)1820 г. — 1 млрд.
3)1927 г. — 2 млрд.
4)1959 г. — 3 млрд.
5)1974 — 4 млрд.
6)1987 — 5 млрд.
7)2000 — 6 млрд.
8)2011 — 7 млрд.
и по прогнозам к 2025 году должно быть 8.3 млрд. человек.
Рисунок смотри на листе.
Такой быстрый рост населения на Земле бывает, когда какой-либо фактор, в данном случае, это численность населения, имеет постоянный процент прироста от того количества которое есть на данный период времени.
Такой быстрый рост народонаселения оказал воздействие на всю живую природу биосферы, на состояние воздуха, воды, почвы, на все живые формы от которых зависит существование человека. В то время как население Земли растет такими темпами следует отметить следующее:
1)половина взрослого населения на Земле не умеет ни читать, ни писать
2)каждый пятый голодает и не доедает, а каждый шестой не имеет жилища
3)каждый четвертый испытывает недостаток в чисто питьевой воде
4)каждый третий не обеспечен коммунальной службой для удаления отходов и не имеет топлива для приготовления пищи
5)каждый третий не может получить медицинскую помощь
Не во всех странах численность населения растет по экспоненте. В развитых странах (Европа, США, Австралия, Канада, Россия) население растет медленно, а эти страны составляют 23% населения в мире (золотой миллиард), но эти страны используют 80% всех мировых ресурсов и энергетических запасов, а остальные 77% — 20% запасов, но из 9 новорожденных из 10 появляются в слабо развитых странах, но в этих же странах и высокая детская смертность. Эксперты предсказывают, что к 2100 году население на Земле достигнет 10, 5 млрд. человек.
3 основных фактора, которые определяют численность населения и скорость роста: 1)разница между коэффициентом рождаемости и коэффициентом смертности
2)фертильность
3)количество жителей в каждой возрастной группе
Еще может влиять миграция населения, но это не во всех странах.
Коэффициент рождаемости — число новорожденных на 1000 человек за год.
Коэффициент смертности — число умерших на 1000 человек за год.
Фертильность — определяет, сколько живых детей может иметь женщина в детородный период (от 16 до 44 лет). В среднем в мире Кф = 3.6, в развитых странах — 1.9, а в развивающихся более 4.
Мощным импульсом увеличения населения обладают страны с большим количеством жителей в возрасте до 15 лет. Все в мире понимают, что более развитые страны потребляют больше ресурсов и в основном эти ресурсы вывозятся из более развитых стран, и в этих более развитых странах идет большее потребление продуктов, строится жилье, школы, дороги и растет уровень жизни, а в слабо развитых странах идет деградация и истощение ресурсной базы. Если ставить вопрос «сколько человек может прокормить Земля?» ответить на этот вопрос трудно. По оценкам разных специалистов, эта цифра колеблется от 0.5 до 20 млрд. человек. Все зависит от того, как человечество научится взаимодействовать с биосферой.
Согласно ресурсной модели мировой системы 70-х годов (прошлый век) в качестве предельного значения рассматривается численность населения на Земле на уровне 8 млрд. человек. Согласно поздней теории русского ученого Горшкова эта численность не должна превышать 1.5 млрд. человек. Он рассматривает биосферу с точки зрения теории устойчивости и как саморегулирующиеся системы. Если бы вдруг рост населения прекратился, то ныне проживающие на Земле число людей не может существовать долго, т.к. уже сейчас биосфера сильно разбалансирована и что будет в ближайшем будущем никому не известно.
Мировое сообщество пытается различными гуманными способами регулировать численность землян, но пока все попытки безрезультатны. Что будет в ближайшем будущем не понятно. Либо это будет сделано людьми по управляемому «мягкому» варианту, либо биосфера сама это сделает по быстрому катастрофическому варианту и убыль населения может достигнуть 3% в год. Для человечества это крайне опасно. Этот процесс будет идти неравномерно с сильными колебаниями плотности, численности и с сильной миграцией (будут войны).

 

Вопросы по экологии Основные пути миграции и накопления в биосфере токсичных и радиоактивных веществ