Текст книги "Биология. Общая биология. Базовый уровень. Учебник для 10–11 класс"

Автор книги: Владислав Сивоглазов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 23 (всего у книги 24 страниц)

5.11. Основные экологические проблемы современности

Вспомните!

Какие глобальные экологические проблемы вам известны?

Приведите примеры экологических проблем вашего региона.

Загрязнение атмосферы. Одной из самых острых экологических проблем в настоящее время является загрязнение среды. На ранних этапах развития биосферы воздух загрязняли только извержения вулканов и лесные пожары, но как только человек развел свой первый костер, началось антропогенное воздействие на атмосферу. Еще в начале XX в. биосфера справлялась с теми продуктами сгорания угля и жидкого топлива, которые поступали в воздушную среду. Достаточно было отъехать от промышленных предприятий на несколько километров, чтобы почувствовать чистый воздух. Однако в дальнейшем быстрое развитие промышленности и транспорта привело к резкому ухудшению состояния атмосферы.

В настоящее время в атмосферу в результате деятельности человека поступают углекислый газ (СО₂), угарный газ (СО), хлорфторуглеводороды, оксиды серы и азота, метан (СН₄) и другие углеводороды. Источники этих загрязнений – сжигание природного топлива, выжигание лесов, выбросы промышленных предприятий и выхлопные газы автомобилей (рис. 178).

Кислотные дожди. Рядом с медеплавильными заводами в воздухе высока концентрация диоксидов серы, которые вызывают разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцы, засыхание хвои. Растворяясь в капельках атмосферной влаги, диоксиды серы и азота превращаются в соответствующие кислоты и выпадают на землю вместе с дождем. Почва приобретает кислую реакцию, в ней снижается количество минеральных солей. Попадая на листья, кислотные осадки разрушают защитную восковую пленку, что приводит к развитию заболеваний растений. Особенно чувствительны к изменению кислотности мелкие водные животные и икра, поэтому максимальный вред кислотные дожди причиняют водным экосистемам. В наиболее развитых промышленных районах кислотные дожди разрушают поверхность зданий, портят памятники скульптуры и архитектуры.

Парниковый эффект. Рост концентрации в атмосфере углекислого газа и метана создает так называемый парниковый эффект. Эти газы пропускают солнечный свет, но частично задерживают отраженное тепловое излучение от поверхности Земли. За последние 100 лет относительная концентрация углекислого газа в атмосфере повысилась на 20 %, а метана – на 100 %, что привело к повышению температуры в среднем на планете на 0,5 °С. Если в ближайшие годы концентрация этих газов будет увеличиваться с такой же скоростью, к 2050 г. на Земле потеплеет еще на 2–5 °С. Такое потепление может привести к таянию ледников и повышению уровня Мирового океана почти на 1,5 м, что вызовет затопление многих населенных прибрежных районов.

Рис. 178. Загрязнение воздуха: выбросы промышленных предприятий и выхлопные газы автомобильного транспорта

Смог. Вещества, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, под действием солнечного света вступают в сложные химические реакции, образуя ядовитые соединения. Вместе с капельками воды они образуют ядовитый туман – смог, который вредно действует на организм человека и на растения.

Взвеси твердых частиц и капельки жидкостей (дымки и туманы) значительно снижают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В зимние месяцы в крупных городах ультрафиолетовое излучение значительно ослабевает.

Озоновые дыры. На высоте более 20 км над поверхностью Земли находится озоновый слой (О₃), который защищает все живое от избыточного ультрафиолетового излучения. Ультрафиолет определенного волнового диапазона полезен для человека, поскольку вызывает образование витамина D. Однако чрезмерное пребывание на солнце может привести к возникновению рака кожи.

Вещества, которые используют в качестве компонентов аэрозолей и хладагентов в холодильниках, – хлорфторуглеводороды – поднимаются в стратосферу, где под действием солнечного излучения разлагаются с выделением хлора и фтора. Образовавшиеся газы вызывают превращение озона в кислород, разрушая защитную оболочку Земли, возникшую около 2 млрд лет назад.

В 1987 г. впервые было обнаружено, что над Антарктидой, над территорией, равной по площади США, озоновый слой практически полностью исчез. В последующие годы истончение озонового слоя регулярно наблюдалось над Арктикой и некоторыми участками суши.

Загрязнение и перерасход природных вод. Пресная вода составляет менее 1 % от всего мирового запаса воды, и человечество растрачивает и загрязняет это бесценное богатство. Рост населения, улучшение бытовых условий, развитие промышленности и орошаемого земледелия привело к тому, что перерасход воды стал одной из глобальных экологических проблем современности.

Целые реки разбираются на орошение и нужды больших городов, а вдоль их русла и в устье гибнут природные сообщества. Забор воды для города Лос-Анджелес практически уничтожил реку Колорадо. То место, где она когда-то впадала в Калифорнийский залив, стало сухим руслом. Разбор воды рек Средней Азии привел к тому, что фактически перестало существовать Аральское море (рис. 179). Соль с его высохшего дна разносится ветром, вызывая засоление почв на многие сотни километров вокруг.

Рис. 179. Уменьшение акватории Аральского моря. Спутниковая съемка, сделанная летом 2002 г. Красной линией показана граница воды по состоянию на 1960 г.

Веками грунтовые воды вымывали в недрах земли полости, своеобразные подземные водохранилища. Многочисленные родники, питающие реки и озера, – это места выхода грунтовых вод на поверхность. Перерасход грунтовых вод уменьшает количество родников и вызывает постепенное опускание поверхности суши, так называемую просадку грунта. Почва проваливается в образовавшиеся подземные пустоты, и если это происходит внезапно, то приводит к катастрофическим последствиям.

Не менее опасное явление – загрязнение водоемов. С полей и пастбищ в воду попадают органические вещества, минеральные удобрения, отходы животноводства, пестициды и гербициды (рис. 180). Канализационные стоки, которые сбрасывают в моря без предварительной очистки, создают угрозу здоровью людей. Из-за аварий танкеров и трубопроводов в океан ежегодно выливается огромное количество нефти – около 5 млн т. Сбросы промышленных предприятий, поверхностные стоки со свалок часто загрязнены тяжелыми металлами и синтетическими органическими веществами. Соли тяжелых металлов (свинца, ртути, меди, цинка, хрома, кадмия и др.) вызывают у человека отравления с тяжелейшими физиологическими и неврологическими последствиями. Многие искусственные органические соединения настолько напоминают природные, что усваиваются организмом, но, включаясь в обмен веществ, полностью нарушают его нормальное функционирование. В результате возникают заболевания почек, печени, бесплодие и многие другие физиологические расстройства. Особенно опасны ядовитые соединения, которые не разлагаются и, проходя через пищевые цепи, накапливаются в организмах.

Рис. 180. Дефекты конечностей древесных лягушек, развитие которых проходило в прудах штата Пенсильвания (США), вызваны воздействием пестицидов

В начале 1970-х гг. в маленьком рыбачьем поселке Минамата в Японии произошла трагедия. Химическое предприятие сбрасывало отходы, содержащие ртуть, в воду. Ртуть оседала на дно, поглощалась бактериями, а затем, постепенно концентрируясь, проходила по уровням пищевой цепи и накапливалась в рыбе. Еще за несколько лет до выяснения причин трагедии люди стали замечать, что в поселке у кошек часто случались судороги, которые приводили к частичному параличу, а позднее к смерти. Сначала думали, что это какая-то специфическая кошачья болезнь, но вскоре подобные симптомы стали появляться у людей. Появились случаи умственной отсталости, психические расстройства и врожденные дефекты. К тому времени, когда выяснили причину (острое ртутное отравление) и ситуацию взяли под контроль, погибло уже более 50 человек и еще 150 стали инвалидами. Ртуть попадала в организм человека с рыбой. Кошки пострадали первыми, потому что питались в основном только рыбой.

Загрязнение и истощение почвы. Плодородная почва – это один из важнейших ресурсов человечества, обеспечивающий производство продуктов питания. Верхний плодородный слой почвы формируется в течение длительного времени, однако разрушиться может очень быстро. Ежегодно вместе с урожаем из почвы изымается огромное количество минеральных соединений – основных компонентов питания растений. Если не вносить удобрения, в течение 50–100 лет может произойти полное истощение почвы.

Самое разрушительное влияние на почву оказывает эрозия. Распахивание степей, уничтожение лесов, избыточный выпас скота делают почву незащищенной, и верхний слой смывается водой (водная эрозия) или уносится ветром (ветровая эрозия). Унесенная с поверхности земли почва засоряет русла рек, вызывая нарушения структуры водных экосистем. При поливном земледелии избыточное орошение в условиях жаркого климата приводит к засолению почв.

Археологи выяснили, что упадок многих древних цивилизаций был вызван не внешними причинами и не войнами, а медленным экологическим самоубийством – неспособностью сохранять свои земельные и водные ресурсы. Потеря почвенного плодородия привела к упадку некогда процветающую цивилизацию майя в Центральной Америке. Северная Африка, когда-то кормившая всю Римскую империю, сегодня представляет собой в основном пустыню.

В настоящее время вся территория нашей планеты в той или иной степени подвержена антропогенному влиянию. Быстрый рост народонаселения требует постоянного расширения производства. Строительство городов и промышленных предприятий, развитие сельского хозяйства и разработка полезных ископаемых привели к тому, что уже практически 20 % суши полностью преобразованы человеком. Истощаются запасы полезных ископаемых, которые относятся к невозобновляемым природным ресурсам. Загрязнение атмосферы и природных вод, эрозия и истощение почв, разрушение природных экосистем может привести человечество к экологической катастрофе. Именно поэтому все большую актуальность приобретают природоохранные мероприятия, направленные на сохранение биосферы.

Вопросы для повторения и задания

1. Что является причиной и каковы последствия загрязнения атмосферы?

2. Как сказывается хозяйственная деятельность человека на структуре и плодородии почвы?

3. К каким последствиям приводит загрязнение вод Мирового океана?

4. Каково прямое влияние человека на растительный и животный мир Земли?

5. Какое воздействие на биогеоценозы и биосферу в целом оказывает расширение сельскохозяйственного производства?

5.12. Пути решения экологических проблем

Вспомните!

Какие экологические проблемы считают глобальными? Региональными?

Охрана окружающей среды – общее дело всего человечества. По мере роста населения и масштабов производства экологические последствия хозяйственной деятельности людей становились все более ощутимыми, а площади нетронутых природных территорий неуклонно сокращались. В середине XX в. общество впервые начало ощущать угрозу глобального загрязнения окружающей среды. С началом промышленной и аграрной революции значительно увеличилась скорость вымирания видов (рис. 181). Состояние биосферы уже нельзя было воспринимать как некий компромисс между целями и средствами их достижения. Необходимо было срочно отказаться от потребительского отношения к природе и принять меры по охране окружающей среды. В 60–70-е гг. XX в. начало активно развиваться природоохранное движение.

Охрана окружающей среды – это поддержание устойчивого состояния биосферы, при котором ее абиотические параметры не ухудшаются, а виды не сокращаются в своей численности и, тем более, не вымирают. Развитие современного общества должно осуществляться в соответствии с концепцией устойчивого развития, т. е. удовлетворение потребностей сегодняшнего дня может и должно происходить без вступления в конфликт с природными законами.

Предельно ясно, что сбалансированное развитие человечества возможно только в мировом масштабе. Трудно охранять природную среду, заботиться о чистоте воды, почвы и воздуха только в одном отдельно взятом регионе. Биосфера – это совокупность всех экосистем, взаимодействующих между собой. Нарушения в одной из них вызовут изменения в остальных. Для биосферы не существует государственных и иных административных границ. Поэтому охрана среды и рациональное природопользование – это общее дело всего человечества, успешность которого зависит от развития науки и от совместных усилий правительств и общественности. В 1948 г. был создан Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП), который издает Красную книгу редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений и животных (рис. 182). Начиная с 1971 г. ЮНЕСКО осуществляет международную программу «Человек и биосфера». Каждый житель планеты должен стремиться сохранять и приумножать богатство окружающего мира, того мира, чьим полноправным членом является он сам.

Рис. 181. Увеличение числа вымерших видов птиц (с 1600 по 2000 г.)

Рис. 182. Редкие виды растений: А – венерин башмачок; Б – цикламен колхидский; В – ятрышник шлемоносный; Г – водяной орех, или чилим

Россия подписала Всемирную хартию природы. Первый пункт этого документа гласит: «Любая форма жизни является уникальной, какой бы ни была ее полезность для человека».

Развитие промышленности и энергетики. Современная промышленность должна развиваться с учетом экологических требований, потому что предотвратить загрязнения легче, чем их ликвидировать. Существуют законодательно установленные критерии загрязнения. Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это максимальное количество вредного вещества в единице объема или массы, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не вызывает каких-либо болезненных изменений в организме человека. Промышленное предприятие, которое за счет выбросов вызывает загрязнение окружающей среды с превышением ПДК, должно быть закрыто.

Для того чтобы уменьшить загрязнения, устанавливают специальные очистные сооружения. Фильтры на трубах предотвращают выброс в атмосферу многих вредных газов. Бытовые и промышленные сточные воды подвергают многоступенчатой процедуре очистки, включающей механическую, физико-химическую и биологическую обработку (рис. 183). На этапе биологической очистки используют так называемый активный ил, представляющий собой смесь редуцентов – микроорганизмов, которые в ходе питания перерабатывают органические вещества сточных вод. Усовершенствование автомобильных двигателей и установка специальных фильтров снижает выброс в воздух угарного газа и углеводородов. Разрабатывают и внедряют современные технологии комплексной переработки сырья, которые позволяют свести к минимуму образование отходов.

Рис. 183. Сооружения по очистке воды

Уменьшить загрязнение среды можно путем перехода на новые, более «чистые» источники энергии. Например, использование в автомобилях в качестве топлива сжиженного газа или этилового спирта, внедрение электромобилей. Сжигание на теплоэлектростанциях природного газа вместо угля значительно снижает выбросы диоксида серы.

Современное человечество образует огромное количество отходов, многие из которых содержат ценные вещества. Переработка отходов и повторное их использование позволяет значительно экономить энергию и природные ресурсы. Например, использование металлолома вместо железной руды или макулатуры для производства бумаги. Значительная часть мусора представляет собой органические вещества, которые можно подвергнуть биоразложению. В ходе этого процесса образуется горючий газ метан, который можно использовать в качестве топлива.

Примером международного сотрудничества в области охраны природы является международное соглашение, принятое большинством стран, о запрете на использование хлорфторуглеводородов – веществ, разрушающих озоновый слой.

Развитие сельского хозяйства. Развитие современного сельского хозяйства должно быть направлено на повышение урожайности и продуктивности, что позволит решить одну из основных проблем – как накормить человечество, не увеличивая площадь земель, занятых под сельскохозяйственные угодья. С этой целью селекционеры выводят новые сорта растений, более продуктивные и устойчивые к заболеваниям. Осуществляют правильную организацию севооборотов, вводят смешанное культивирование, при котором на полях выращивается одновременно несколько видов растений. Развивают биологические методы борьбы с вредителями, что позволяет значительно снизить применение ядохимикатов.

Важной проблемой является борьба с эрозией почвы. Для того чтобы предупредить уничтожение верхнего плодородного слоя, землю распахивают поперек склонов; таким образом вода, стекающая вниз, задерживается бороздами. Вокруг полей высаживают деревья и кустарники, формируя полезащитные полосы, которые препятствуют ветровой эрозии.

Сохранение природных экосистем. Устойчивое функционирование биосферы возможно только при сохранении природного разнообразия (§ 4.12). С этой целью во всем мире создаются заповедники, заказники, национальные парки и другие охраняемые природные территории, на которых категорически запрещена всякая хозяйственная деятельность. В настоящее время на территории России и других стран СНГ насчитывается более 150 заповедников и 10 национальных парков, которые служат не только для сохранения существующих природных сообществ, но и для увеличения численности исчезающих видов, акклиматизации новых видов и одомашнивания диких животных, обладающих ценными хозяйственными качествами. В результате природоохранных мер восстановлена численность бобра, сайгака, белой цапли, лося и многих других животных, которые еще недавно находились под угрозой исчезновения.

Некоторые виды пушных зверей были переселены в новые районы, куда самостоятельно они перебраться не могли, т. е. ареал обитания этих видов значительно расширился. Так, дальневосточную енотовидную собаку и пятнистого оленя поселили в европейской части России, зайца-русака – в степях Сибири. Больших успехов удалось добиться в восстановлении численности соболя. Это было достигнуто многолетним запретом добычи, тщательной охраной и искусственным расселением. В России успешно прижилась североамериканская ондатра, известная своим ценным мехом. На Дальнем Востоке акклиматизировалась американская норка, имеющая важное промысловое значение.

Большой вклад в сохранение исчезающих видов вносят работы по искусственному разведению животных, которые осуществляются во всех крупных зоопарках мира. Потомство, рожденное в неволе, требует специальной адаптации к природным условиям, что сопряжено с определенными трудностями. Однако успехи на этом поприще позволяют надеяться, что подобная практика поможет сохранить вымирающие виды.

В 1949 г. дикая популяция гавайской казарки сократилась до 12 птиц. Программа разведения в неволе обеспечила сохранение вида, и в настоящее время в исходное местообитание удалось вернуть 3 тыс. птиц.

Подобная природоохранная деятельность приносит позитивные результаты, и есть надежда, что глобальные экологические проблемы человечества будут решены. Однако следует отчетливо представлять, что успех в решении этих проблем зависит от всех и каждого. Нельзя рассчитывать, что твой голос, твой поступок или твое равнодушие окажется незначимым и не повлияет на состояние всей природы в целом. Большое складывается из малого. Глобальная биосфера состоит из отдельных экосистем, каждая из которых в свою очередь складывается из десятков и сотен тысяч особей многих видов. Разрушенный муравейник, собранный букет полевых цветов, срубленное дерево, вымытая на берегу пруда машина, браконьерская охота – все это губит природу. Современный житель Земли должен понимать, что его собственная жизнь и жизнь его потомков зависит от него самого. Каждый из нас, формируя в себе самом и окружающих грамотное экологическое сознание, способен изменить ситуацию. Экологическое сознание подразумевает бережное отношение к природе, которое позволит сохранить окружающую среду и всю биосферу в целом для будущих поколений людей.

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое предельно допустимые концентрации (ПДК)?

2. Какие способы снижения загрязнения окружающей среды используют на промышленных предприятиях?

3. Известны ли вам какие-либо международные соглашения, направленные на решение общих экологических проблем?

4. Расскажите, что вам известно о работе природоохранных организаций, направленной на сохранение исчезающих видов.

Вопросы для обсуждения

Глава «Экосистема»

«Экологические факторы»

1. Объясните происхождение слова «экология».

2. Какие климатические условия и почва характерны для вашего региона?

3. Как вы думаете, почему при постоянном направленном изменении абиотических условий среды приспособление живых организмов к этим изменениям не может быть бесконечным?

4. Почему на птицефермах и в тепличном хозяйстве применяют дополнительное искусственное освещение, увеличивающее длину светового дня?

5. Участвуют ли сами организмы в формировании абиотической среды? Выскажите свое мнение.

6. Как вы считаете, в растительном или животном царстве чаще встречаются симбиотические взаимоотношения?

«Структура экосистем»

1. Назовите общие черты биогеоценозов лиственного леса и пресноводного водоема.

2. Почему конкурентные взаимоотношения существуют на одном трофическом уровне?

3. Какие признаки паразитов способствовали их биологическому прогрессу?

4. Какое значение для устойчивости экосистемы имеет ее видовое разнообразие?

«Биосфера – глобальная экосистема»

1. Каково влияние живых организмов на глобальные круговороты веществ в природе?

2. К какому типу веществ биосферы можно отнести янтарь, сброшенные рога оленя, опавшие листья, торф, пыльцу растений, паутину?

3. Охарактеризуйте организмы, которые обитают вблизи границ биосферы. Как вы считаете, какими свойствами должны обладать такие организмы?

«Биосфера и человек»

1. Зачем во всех цивилизованных странах мира создаются правительственные экологические структуры и чем, по вашему мнению, они должны руководствоваться в своей деятельности?

2. Можно ли предотвратить экологическую катастрофу на Земле? Какую роль в этом играет международное сотрудничество?

3. Нужно ли определять ПДК канцерогенов?

4. Многие виды, а также целые сообщества находятся под угрозой исчезновения. Предложите возможные меры по их сохранению. Предложите возможные пути решения экологических проблем вашего региона.

5. К каким отрицательным экологическим последствиям приводит сооружение на реках каскада гидроэлектростанций?