Изменение экосистем

Несмотря на длительность существования различных экосистем, в природе нередко складываются такие усло­вия, когда виды резко снижают свою численность и даже исчезают из экосистемы. При этом другие виды этого же трофического уровня от этого выигрывают, и их числен­ность растет. В целом постепенно происходит процесс за­мещения одних видов другими, называемый сукцессией.

Сукцессия — естественное явление, в современных ус­ловиях наиболее часто оно обусловлено вмешательством человека. В природе в процессе своего развития сообще­ство живых организмов изменяет среду таким образом, что она становится неблагоприятной для других сообществ, формирование которых делает среду еще более неблагоп­риятной для первых. В результате происходит постепен­ное превращение одних экосистем в другие. Как правило, этот процесс проходит несколько стадий, в результате чего достигается популяционное равновесие.

В случае, если развитие экосистемы происходит на незаселенных ранее участках, то такой процесс называет­ся первичной сукцессией. Так, на первоначально голой скале можно наблюдать появление мхов, которые непри­хотливы, в случае засухи переходят в покоящееся состоя­ние, но не гибнут. При этом им хватает для жизни не­большого количества влаги, скапливающейся на скале. Постепенно мхи разрастаются и, улавливая частицы по­роды, экскременты птиц, формируют почву. В дальней­шем на сформировавшейся почве способны поселиться се­менные растения. При этом мхи удерживают воду, необ­ходимую их корням. Крупные растения разрушают скалу своими корнями, а опавшие листья не дают расти мхам и другим мелким видам, начавшим сукцессию. Постепенно на голой скале произойдет замена мхов травами, а затем и лесом. Восстановление экосистем, когда-то существовав­ших на данной территории, называется вторичной сукцес­сией. Если лужайку леса перекопать, то на следующий год на ней будут произрастать виды, приспособленные к свежевспаханной почве - сныть, крапива, лебеда, и только через несколько лет в случае отсутствия перекопки вер­нутся травы, составлявшие первоначальную лужайку.

Как для первичной, так и для вторичной сукцессии необходим источник семян, спор растений, а также жи­вотных, способных заселить места обитания. Для вторич­ной сукцессии важным фактором является наличие пло дородного слоя земли. Если плодородный слой земли унич­тожен, то сукцессия может пойти по типу первичной.

Процесс сукцессии завершается стадией, когда все виды, образующие экосистему, сохраняют относительно посто­янную численность видов на всех трофических уровнях. Такое равновесное состояние называется климаксом, а эко­система — климаксовой. В зависимости от абиотических условий формируются неодинаковые климаксовые экосисте­мы. В холодном климате - это тундра, в жарком климате - пустыня. Основные биомы представлены климаксовыми экосистемами.

В зависимости от степени нарушения равновесия в эко­системе изменения могут происходить быстро — за годы — или медленно - за тысячелетня. Сукцессия - это длитель­ный процесс замещения одних видов, составляющих тро­фический уровень, другим. Переход одних экосистем к дру­гим не влияет на сбалансированность мета-экосистемы — биосферы. Однако возможны и резкие изменения, в резуль­тате которых происходит популяционный взрыв некото­рых видов за счет гибели других. В таком случае говорят об экологическом нарушении. Как правило, такие нару­шения могут возникнуть при катастрофах природного ха­рактера (наводнение, пожар, извержение вулкана или вследствие деятельности человека, например, сброса бога­тых органическими веществами стоков в естественный во­доем, что вызывает бурный рост сине-зеленых водорослей, снижение уровня кислорода, гибель рыб и т.д.).

Наконец, изменения в экосистеме могут быть столь значительными, что ни один компонент экосистемы не сохраняется; тогда говорят о гибели экосистемы.

В то же время глобальная экосистема - биосфера -за счет бесчисленного множества экосистем нижних уров­ней организации, многочисленного дублирования функ­ций и многообразия видов, населяющих Землю, находит­ся в равновесном состоянии.

Человеческая популяция подчиняется тем же законам, что и любая другая популяция, с той лишь разницей, что человек своими действиями снижает сопротивление среды, создавая искусственную экологическую нишу, распространился в ней и живет в самых разнообразных условиях, нарушив при этом практически все экологические балансы. С помощью техники и технологий человек эксплуатирует природные ресурсы вплоть до полного их истощения, при­водя К исчезновению видов и целых экосистем. В отличие от животных и растений человек, не встречая естествен­ных врагов, создает искусственные меры, защиты, транс­формирующие окружающую природную среду.

Известный американский биолог Барри Комонер очень наглядно и доходчиво изложил основные законы эколо­гии, действующие в окружающем нас мире, обобщающие все выше рассмотренные закономерности.

• Все связано со всем.

Изменения, произведенные в одном компоненте экоси­стемы, могут привести к неблагоприятным последстви­ям в функционировании всей экосистемы. Не всегда ра­зумная деятельность человека способна предвидеть по­следствия своей деятельности.

• Все должно куда-то деваться.

Бытовые и производственные отходы, попадая в при­родную среду, не исчезают бесследно. У природы все меньше остается запасов прочности, чтобы справляться с пере­работкой загрязняющих веществ, и этот факт являет­ся основным, разрушающим естественные экосистемы, биосферы и оказывающим вредное влияние на человека.

• Природа знает лучше.

Человеческое общество самонадеянно преобразовыва­ет природу, нарушая ход естественных процессов. По­следствия преобразований, призванных улучшить среду обитания человека, делают ее все менее благоприятной для жизни всех существ на Земле и постепенно самого человека.

• Ничто не дается даром.

Человек не может бесконечно расходовать природные ресурсы, загрязнять окружающую природу. Человечество должно осознать, что любые его действия оплачены рас­ходом природных ресурсов. Все виды взаимодействия че­ловека с природой должны оцениваться с точки зрения сохранения природных экосистем.

Очень важно, чтобы не только общество, но и каждый человек осознал, что законы природы более строги, чем законы, которые создаются человечеством. Они не знают исключения, и любые попытки нарушить законы приро­ды заканчиваются неудачей. Знание законов природы и использование этих знании в своей ежедневной практи­ческой деятельности необходимы врачу.

Здоровье и принципы его сохранения также вытекают из законов природы. Здоровье - это труд самого человека под руководством врача как советчика и доброго друга — ведь ничто не дается даром.

Любые попытки вернуть здоровье при помощи различ­ных панацей — это, скорее, глупость, невежество или об­ман, что более вероятно, чем исключение из законов при­роды.

В современном обществе вопросы экологии наиболее актуальны. Во всем мире создаются системы всеобщего экологического образования. Врач должен быть основным проводником экологических знаний и мировоззрения сре­ди людей — это залог успеха в возможном изменении взгля­дов человечества на природу и путь к сохранению жизни на Земле.

Антропогенные изменения природной среды. Глобальные экологические проблемы

В преддверии третьего тысячелетия человечество всту­пило в такой период своего развития, когда определяется как реальность предсказание В.И. Вернадского о том, что хозяйственная деятельность человека становится геоло­гической силой, способной изменить мир, поставив его на грань глобальной экологической катастрофы. Современ­ный мир характеризуется тем, что экономическое и соци­альное развитие общества пришло к явному противоре­чию с ограниченными ресурсово с производителями и жиз­необеспечивающими возможностями биосферы. Анализи­руя сегодняшние экологические проблемы, следует по­мнить, что каждое поколение людей оставляет потомкам не только замечательные плоды своего труда, умения, та­лантов, но и доли оскуднения природной среды, загрязнения атмосферного воздуха и природных вод, деграда­цию почв и ландшафтов. В течение многих веков деятель­ность человека наложила неизгладимый отпечаток на зем­ную природу, и сейчас можно говорить о новом состоянии области жизни — техносфере.

В настоящее время среда, окружающая человека, со­стоит как бы из четырех неразрывно связанных между собой компонентов, или подсистем: собственно природной среды, среды, порожденной агротехникой, искусственно созданной среды, социальной среды.

Природная среда, окружающая человека, — факторы чисто естественного или природного системного происхож­дения, - способна к самоподдержанию и саморегуляции без корригирующего воздействия со стороны человека. Эта среда прямо или косвенно, осознанно или неосознанно, оказывает воздействие как на отдельного человека, так и на все человечество в целом. К числу этих факторов отно­сятся тепловое и волновое воздействия, химический и ди­намический характер атмосферы, водный фактор, ланд­шафт, погода, климат, плотность населения.

Агротехническая среда — эта модификация природной среды, искусственно преобразованной людьми, для нее ха­рактерно осуществление системного самоподдерживания — это пахотные земли, грунтовые дороги, зеленые насажде­ния; другими словами, это видоизмененная человеком при­родная среда. Она не может существовать в том виде, в каком находится в настоящее время, для ее поддержания требуются определенные усилия человека.

И, наконец, весь искусственный мир, созданный чело­веком - среда, которой нет аналогов в естественной при­роде. Это - не «очеловеченная природа», а природа, в корне преобразованная человеком: асфальт, бетон, тех­нологическое оборудование, все искусственно созданные материалы и т.п.

Социальная среда - это общественные отношения, в которые вступает человек, ставя свое поведение в зави­симости от поведения других людей, социальных групп, в которые он включен, культуры, создаваемой им, пони­маемые как совокупность всех материальных и духовных ценностей, появившихся в результате материального и духовного вмешательства человека в природу, общество а мышление. Наиболее значимыми элементами социальной среды человека являются общественные отношения, тру­довая среда, поселения.

В природе существуют законы, обеспечивающие само­регуляцию всех природных систем. Нарушения механиз­мов саморегуляции в различных подсистемах биосферы вызваны, главным образом, деятельностью человека. В ре­зультате за один год в атмосферу, водные бассейны и почву Земли поступает около 100 т химических веществ, переме­щается около 4 000 м³ грунта, из недр извлекается около 100 млн т полезных ископаемых, производится 600 млн т синтетических веществ. Хищническое, бездумное отношение человеческого общества к природе, не незнание, а, скорее, игнорирование ее законов, привело к возникновению ог­ромного числа экологических проблем, некоторые из кото­рых приняли в настоящее время глобальный характер. Н.Ф. Реймерсом предложена следующая систематизация экологических проблем, имеющих как локальный, так и всепланетарный, глобальный масштаб:

• изменение климата Земли на основе усиления теп­личного эффекта, выбросов метана и других низко­концентрированных газов, изменение концентрации озона в тропосфере и стратосфере;

• замусоривание и иное загрязнение ближайшего космического пространства;

• общее ослабление озонового экрана Земли, образо­вание большой «озоновой дыры» над Антарктидой, малых «дыр» над другими регионами планеты;

• загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, сильно ядовитых и пагубно действующих веществ в результате вторичных химических реак­ций, в том числе фотохимических (в этом одна из основных причин разрушения озонового слоя, на который воздействуют фреоны, водяные пары, ве­щества типа МО_х, малые газовые примеси); загряз­нение океана, захоронение в нем ядовитых и радио­активных веществ, насыщение его вод углекислым газом из атмосферы, поступление в него антропогенных нефтепродуктов, тяжелых металлов и сложно-органическпх соединений, что способствует разрыву нормальных экологических связей между океаном и водами суши; « истощение и загрязнение поверхностных вод суши, континентальных водоемов и водостоков, подземных вод; радиоактивное загрязнение локальных участ­ков и некоторых регионов Земли (текущая эксплу­атация атомных устройств, чернобыльская авария, испытания атомного оружия); возникновение вто­ричных химических реакций во всех средах биосфе­ры с образованием токсических веществ;

• нарушение глобального и регионального экологи­ческого равновесия, соотношения экологических ком­понентов, в том числе сдвиг экологического баланса между океаном, его прибрежными водами и впада­ющими в него водопадами; опустынивание планеты в новых регионах, расширение существующих пус­тынь;

• сокращение площади лесов, «легких» планеты, что ведет к дисбалансу кислорода и усилению процесса исчезновения видов животных и растений. Под уг­розой исчезновения в настоящее время находится около 10 000 видов, в основном, позвоночных жи­вотных и растении; освобождение и образование эко­логических ниш и заполнение их нежелательными организмами: вредителями, паразитами, возбудите­лями новых заболеваний растений и животных, в том числе человека;

• абсолютное перенаселение Земли и относительное демографическое переуплотнение в отдельных ее реги­онах; -истощение природных ресурсов планеты; ухуд­шение среды жизни в городах и сельской местности, увеличение шумового воздействия, загрязнение возду­ха, потеря социальных связей между людьми и т.д.

Рассмотрим подробно причины возникновения глобаль­ных экологических процессов, их влияние на природную среду, жизнедеятельность и здоровье человека. Загрязнение атмосферного воздуха

Атмосферный воздух является основной средой деятель­ности биосферы, соотношение между основными его ком­понентами в процессе развития цивилизации существенно не изменилось, однако в период промышленной и научно-технической революций увеличился объем эмиссии в ат­мосферу газов и аэрозолей техногенного происхожде­ния.

Наиболее активными с точки зрения химического взаимодействия с компонентами атмосферы и биосферы являются соединения серы, азота, фосфора, галогенов, фенолов и формальдегид.

По ориентировочным данным, ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов серы, азота, галогенпроизводных и других соединений.

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

Естественные (природные)

Искусственные (антропогенные)

i

• пыльные бури; • промышленные предприятия;

• вулканизм; • транспорт;

• лесные пожары;. • теплоэнергетика;

• выветривание; • отопление жилищ;

• разложение земных • сельское хозяйство, организмов.

Источники загрязнения атмосферы

Основными источниками загрязнений атмосферы явля­ются энергетика, автомобильный и авиационный транс­порт, предприятия черной и цветной металлургии, хими­ческой и нефтехимической промышленности.

Значимость тех или иных источников загрязнения воз­духа на разных территориях меняется в зависимости от уровня научно-технического прогресса, стратегии взаи­модействия техники и природы, уровня благоустройства населенных мест и многих других социально-экономиче­ских факторов.

Наряду с газами в атмосферу выбрасывается огромное количество аэрозолей различного происхождения (пред­приятия строительной индустрии, транспорт и др.). Мно­гие загрязняющие вещества, попадая в воздух, подверга­ются химическим или фотохимическим превращениям с участием компонентов воздуха. Конечные продукты хи­мических превращений удаляются из атмосферы с осад­ками или выпадают на поверхность Земли с аэрозолями и интенсифицируют разрушение органических и неоргани­ческих материалов.

Развитие современной экономической базы городов сопровождается повышением концентрации, кооперирова­ния, комбинирования и интенсификации производственно­го процесса промышленных предприятий. Следствием стре­мительного роста производства, характеризующегося мно­гоотходной технологией, является многокомпонентное заг­рязнение атмосферы. Масштабы загрязнения весьма значи­тельны: выброс углекислого газа составляет 20 млрд т/год (приблизительно 0, 7 % углекислого газа, содержащегося в атмосфере); выброс двуокиси серы — 200 млн т/год (более чем в 2 раза превышает естественное поступление в ат­мосферу серы в форме газообразных соединений); выброс фреонов — 1 млн т/год; выброс свинца — 0, 4 млн т/год (более чем на 2 порядка превышает поступление из есте­ственных источников). За последние 100 лет выбросы уг­лекислого газа в атмосферу возросли в 30 раз, свинца — в 20 раз, двуокиси серы — в 15 раз.Наличие предприятий, выделяющих вредные выбро­сы, даже при высокой эффективности очистных устано­вок (97—98 %) существенно влияет на состояние атмо­сферного воздуха населенных мест. В сельской местности загрязненность атмосферы в 10 раз, а в промышленных городах — в 150 раз выше, чем над океаном. Очаги ярко выраженного загрязнения связаны с зонами промышлен­ных районов крупных городов и городских агломераций. Россия не является основным поставщиком загрязняю­щих веществ в атмосферу по сравнению с промышленно развитыми странами. В частности, ее вклад составляет по диоксиду серы - 12 % (США - 21 %), оксидам азота — Соотношение между естественным

и антропогенным поступлением некоторых веществ в воздух

около 6 % (США - более 20 %), оксиду углерода - 10 % (США - 70 %) и т.д. Необходимо учесть, что из-за зна­чительного спада производства и закрытия многих пред­приятий количество выбросов снизилось. Тем не менее, по данным Государственного комитета Российской Феде­рации по охране окружающей среды, на период 1997 г. уровень загрязнения атмосферы в городах России оста­вался высоким.

В целом средние концентрации диоксида азота и серо­углерода превышают предельно допустимые концентра­ции (ПДК), формальдегида и бенз(а)пирена (БП) — 2 ПДК.

В нашей стране существует сеть мониторинга качества воздуха, который включает 710 станций в 260 городах страны. Наблюдение ведется за взвешенными вещества­ми, оксидами азота, оксидом углерода, формальдегидом.

Средние за год концентрации какого-либо из веществ, за содержанием которых ведутся регулярные наблюдения, превышали ПДК в 187 городах, где проживает 65, 4 млн человек. Концентрации взвешенных веществ превышали ПДК в 71 городе, диоксида азота — в 93, БП — в 39, формальдегида — в 96 городах.

До настоящего времени не обнаружено прямого воздей­ствия кислотных дождей на здоровье человека, но вероят­ность этого, несомненно, существует. В частности, эта ве­роятность связана с повышенной способностью подкислен­ной воды растворять или каким-то другим способом дей­ствовать на различные материалы. Показано, что ртуть, содержащаяся в природных водоемах, может под влияни­ем кислой среды превратиться в ядовитую монометило­вую ртуть. Рыба, накапливая в своих тканях соединения ртути, может стать источником отравления человека.

Другой пример неблагоприятного воздействия кислот­ных дождей может проявиться в том, что при заборе пи­тьевой воды с повышенной кислотностью токсические ма­териалы из труб и др. изделий могут растворяться в пси и неблагоприятно воздействовать на организм человека.

Таким образом кислотные дожди приводят к ряду сле­дующих отрицательных экологических последствий:

• ухудшение видимости атмосферы;

• закисление почв и уменьшение их плодородия;

• закисление пресноводных водоемов и, как резуль­тат, сокращение запасов ценных.видов рыб;

• повреждение и гибель лесных формаций;

• уничтожение и гибель некоторых видов животных;

• ускорение коррозии мостов, плотин, зданий, метал­лических конструкций и др.;

• ущерб, наносимый памятникам мировой культуры;

• вред здоровью людей.

Изменение климата

Серьезные изменения вследствие деятельности человека происходят с климатом. В то же время, изменения клима­та способны вызвать значительные нарушения как в эко­системах Земли, так и в жизнедеятельности человека.

Рассматривая изменения климата как экологическую проблему, возникшую в результате деятельности челове­ка, прежде всего нужно представлять, какой смысл вкла­дывается в это понятие.

По А. Гумбольту (цит. по СВ. Алексееву, Ю.П. Пивова-рову, 2001), слово «климат» прежде всего обозначает спе­цифическое свойство атмосферы. С 70-х годов XIX века кли­мат трактуется уже «как общее состояние погоды в опре­деленном месте или в определенной стране», или, точнее говоря, совокупность средних величин и свойств всех метео­рологических элементов есть не что иное как климат. В XX веке научные дискуссии по климату продолжа­лись, и лишь в 70-х годах было дано определение поня­тия климата как совокупности статистических свойств климатической системы за достаточно длительный, но ог­раниченный промежуток времени. Большинство исследо­вателей сходятся на том, что период осреднения должен быть от нескольких лет до 10 и даже 30 лет.

Климатическая система включает ряд компонентов, находящихся между собой в сложном взаимодействии: атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу (вода в замерзшем состоянии), биосферу. Изменения климата, которые носили глобальный характер, охватывали как длительные, так и более короткие периоды истории Земли, и вызывались, в основном, естественными причинами.

Наряду с естественными причинами в течение многих сотен лет отдельные изменения климата возможны в ре­зультате человеческой деятельности за счет вырубки п выжигания лесов на больших пространствах, увеличения пахотных земель, вытаптывания растительности живот­ными в так называемых аридных зонах, что могло спо­собствовать наступлению пустынь, и др. Безусловно, че­ловеческая деятельность подобного рода не способна по­влиять на крупные климатические колебания: леднико­вые и межледниковые периоды или даже малый климати­ческий оптимум и малый ледниковый период.

Другими словами, в воздействии на климат обретают силу антропогенные факторы. Можно выделить два типа воздействий на климат:

• в результате хозяйственной деятельности;

• в результате деятельности с целью изменения кли­мата в нужном человеку направлении.

В современном мире продолжают создаваться новые водохранилища, каналы, изменяются русла рек, осушают­ся болота, продолжают интенсивно вырубаться леса и т.д. На характере подстилающей поверхности сказываются эрозии почв. Все это влияет не только на альбедо, но и на газовый обмен с атмосферой, влаго- и теплообмен атмос­феры и подстилающей поверхности.

В связи с ростом числа населения и объема производ­ства, с развитием энергетики возрастает поступление в атмосферу тепловых выбросов.

Воздействие топливно-энергетического комплекса на кли­мат проявляется прежде всего за счет выброса в атмосферу аэрозолей, из которых наибольшее значение имеют сажа и продукты сгорания в виде соединений серы. В результате сжигания химического топлива в атмосферу поступают ра-диационно-активные малые газовые компоненты.

На климат также может влиять загрязнение океана нефтяными продуктами, нарушающее тепло- и влагооб-мен между атмосферой и океаном, сжигание топлива, уве­личивающее выброс в атмосферу водяного пара, действие оросительных систем, повышающее испарение, и др.

Пагубное воздействие на климат могут оказать испыта­ния ядерного оружия, способствующие образованию и на­капливанию в атмосфере аэрозоля, окислов азота, радио­углерода и других компонентов, разрушающих озонный слой, и др.

В 1979 г. вопрос об антропогенном изменении микро­климата рассматривался на Всемирной конференции по климату в Женеве, где говорили о том, что изменения климата в будущем неизбежны, но когда они станут за­метными, изменения могут быть необратимыми. В связи с этим указывалось на необходимость выработки стратегии, которая позволит человечеству избежать негативных по­следствии возможных изменений климата.