ЛЕКЦИЯ № 2. Основы биоэкологии. Экология человека. Биологические опасности.
В настоящее время экологические проблемы в нашей стране и во всем мире выходят на первый план, и в связи с этим возникает необходимость в развитии особого раздела экологии – биоэкологии. Предметом биоэкологии является исследование и охрана биотической компоненты экосистемы и биосферы в целом. Объектами биоэкологии являются биоценозы, популяции и сообщества живых организмов и отдельные представители биологических видов во взаимодействии со средой их обитания.
Земля и окружающая ее среда в сегодняшнем ее виде сформировались в результате закономерного развития всей солнечной системы примерно за 4,7 миллиардов лет.
Учение о биосфере – тонкой оболочке Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов, - возникло в первой трети XX века и является вершиной научных достижений великого русского ученого В. И. Вернадского. По мнению ученого, биосфера состоит из семи взаимосвязанных веществ: живого, косного, биокосного, радиоактивного, космического, рассеянных атомов. Учение о биосфере служит научной основой рационального хозяйствования и решения экологических проблем.
Биосфера - глобальная экосистема Земли («сфера жизни») – это область распространения жизни на Земле, включающая нижний слой атмосферы, гидросферы и верхний слой литосферы, не испытавшие техногенного воздействия.
Литосфера — каменная оболочка Земли, включающая земную кору толщиной от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы). Земная кора сложена горными породами, среди которых более 70% магматических пород, 17% метаморфических (преобразованных давлением и температурой) и чуть больше 12% приходится на осадочные породы. Она является важнейшим ресурсом для человечества: содержит топливно-энергетическое сырье, рудные и нерудные полезные ископаемые, естественные строительные материалы.
Гидросфера — водная оболочка Земли, которую подразделяют на поверхностную и подземную. Объем гидросферы не превышает 0,13% объема земного шара. Мировой океан составляет 96,53% от общего объема гидросферы, подземные воды — 1,69% (23,4 миллиона км3), остальное приходится на воды рек, озер и ледников. От всех водных ресурсов Земли соленые воды составляют 98%, пресные — около 2% (28,25 миллионов км3). Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится всего 0,3 % (4,2 миллионов км3). Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Весьма активно она влияет и на атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой).
Атмосфера — газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20—25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов. В формировании природной среды Земли велика роль тропосферы — нижний слой атмосферы до высоты 8 - 10 км в полярных, 10— 12 км - в умеренных и 16 -18 км в тропических широтах. В тропосфере происходят глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс, во многом определяющие круговорот воды, теплообмен, трансграничный перенос пылевых частиц и загрязнений.
Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно взаимодействуют между собой. Практически все поверхностные экзогенные геологические процессы обусловлены этим взаимодействием и проходят, как правило, в биосфере.
Биосфера является глобальной экосистемой, в которой работает закон целостности: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных. Следовательно, целостность биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями.
Характеристика природных экосистем показывает, что экосистемы и ландшафты в целом представляют единое энергетическое поле, а это значит, целостность биосферы предполагает целостность ландшафтной оболочки Земли и, соответственно, наоборот — целостность ландшафтной оболочки обеспечивает и целостность биосферы. Изменения в общей энергетике ландшафта, например, изменение количества осадков и температуры, влекут за собой и сопряженные изменения всех звеньев в биосферной его части — возникает цепная реакция.
Взаимодействие абиотической части биосферы — воздуха, воды и горных пород и органического вещества — биоты, обусловило формирование почв и осадочных пород. Последние, по В.И. Вернадскому, несут на себе следы деятельности древних биосфер, существовавших в прошлые геологические эпохи.
Раздел экологии, изучающий закономерности биологического взаимодействия в биосфере, при котором роль человека второстепенна, называется экология биосферы.
Существуют два основных круговорота веществ в природе: большой (геологический) и малый (биогеохимический).
Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Этот круговорот в системе «магматические породы — осадочные породы — метаморфические породы (преобразованные температурой и давлением) - магматические породы» происходит за счет глубинных (эндогенных) и внешних (экзогенных) процессов, происходящих соответственно в глубинах Земли и на ее поверхности.
К большому круговороту веществ в биосфере относится круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности океана (на это тратится 50% солнечной энергии), частью переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока, а часть осадков выпадает на эту же водную поверхность океана. В круговороте на Земле ежегодно участвует более 500 тысяч км3 воды. Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 миллиона лет.
Малый круговорот веществ в природе (биогеохимический) совершается лишь в пределах биосферы. Суть его - в образовании живого вещества из неорганического в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на Земле, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ. Химические элементы образуют замкнутую систему (цикл), в которой атомы используются многократно. Круговороты отдельных веществ В.И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощенные организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм. Такие элементы называют биофильными элементами. Этими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере. В.И. Вернадский выделяет пять таких функций:
• первая функция - газовая - реализуется основными газами атмосферы Земли, азотом и кислородом биогенного происхождения, как и всеми подземными газами - продуктами разложения отмершей органики;
• вторая функция - концентрационная - организмы накапливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди металлов - кальций, концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, йода — водоросли (ламинария), фосфора — скелеты позвоночных животных;
• третья функция — окислительно-восстановительная — организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью;
• четвертая функция — биохимическая — размножение, рост и перемещение в пространстве живого вещества;
• пятая функция — биогеохимическая деятельность человека — охватывает все разрастающееся количество вещества земной коры, в том числе, таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ.
В биогеохимических круговоротах следует различать два фонда: 1) резервный фонд — это огромная масса движущихся веществ, не связанных с организмами, 2) обменный фонд — значительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенного вещества между организмами и их непосредственным окружением. В биосфере можно выделить: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте).
Все вышеперечисленные циклические процессы расходуют солнечную энергию и лишь единственный на Земле процесс, который связывает и накапливает солнечную энергию, - это создание органического вещества в результате фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии заключается основная планетарная функция живого вещества на Земле.
В результате техногенной деятельности человечества биосфера Земли преобразуется и становится (по Вернадскому) ноосферой – «сферой разума». Ноосфера – мир разумных, научно обоснованных поступков в глобальном масштабе.
Для защиты от неблагоприятных воздействий биосферы, повышения комфортности среды обитания, роста коммуникабельности человек был вынужден создать техносферу.
Техносфера - среда обитания, возникшая с помощью прямого или косвенного воздействия людей и технических средств на природную среду с целью наилучшего соответствия среды социально-экономическим потребностям человека.
Важным отличием биосферы от техносферы состоит в следующем: естественная природная среда обитания самодостаточна и может существовать и развиваться без участия человека, а все иные среды обитания, созданные человеком, самостоятельно развиваться не могут и без участия человека обречены на старение и разрушение.
Сегодня появился отдельный раздел экологии – экология техносферы.
Экология техносферы - наука о взаимодействии человека с техносферой, включает техносферостроение, регионоведение, социологию, сервис, безопасность жизнедеятельности, защиту биосферы.
В конечном итоге техносфера обеспечила повышение комфортности среды обитания человека, рост коммуникабельности, обеспечение защиты от естественных негативных воздействий. Однако появление техносферы привело к тому, что биосфера во многих регионах планеты стала активно замещаться техносферой.
Появление человека (Homo sapiens) произошло совсем недавно — 3,5 - 5 миллионов лет назад. Человек, как и любой биологический вид на Земле, также преходящ и не является «вершиной эволюции». Первобытный человек до появления сельского хозяйства представлял собой обычного всеядного консумента экосистем, занимаясь собирательством и охотой. Еще 1,5 миллиона лет назад продолжительность жизни человека не превышала 20 лет, а численность всей его популяции на Земле составляла около 500 тысяч особей, т. е. человек противостоял силам саморегуляции природной среды теми же способами, что и представители других видов животного мира.
Человек - высшая ступень развития живых организмов на Земле, «биосоциальное существо», генетически связанное с другими формами жизни, но выделившееся из них благодаря способности производить орудия труда, обладающее членораздельной речью и сознанием, творческой активностью и нравственным самосознанием» (И.Т.Фролов, 1985).
По Н.Ф. Реймерсу, человек — один из видов животного царства со сложной социальной организацией и трудовой деятельностью, в значительной мере «снимающими» (делающими малозаметными) биологические, в том числе, этологические (первично-поведенческие) свойства организма.
Популяция человека, т.е. популяция особого вида - Ноmo sapiens, обладает теми же свойствами, что и популяция животных, но характер и форма их проявлений значительно отличается вследствие действия социума. Все люди на Земле образуют популяционную систему - Человечество. Рост этой популяции ограничен доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами (Н.Ф. Реймерс, 1994).
Генетическая программа Homo sapiens, записанная в молекулах ДНК, определяет его как биологический вид и представляет собой самый драгоценный из природных ресурсов. ДНК человека вовлекается фактически в такие же генетические процессы, как и у всех остальных животных: 1) мутационный процесс; 2) миграция генов; 3) дрейф генов; 4) естественный отбор.
Мутационный процесс при естественном фоне радиации не влияет на жизнь популяций. Человек ввел в окружающую среду ядерную энергию и химические соединения с исключительной мутационной активностью, в том числе, химические соединения, не встречавшиеся прежде в природе.
Случайный дрейф и миграция генов среди животных являются обычными явлениями, приводящими к образованию экотипов. Для современного человека в условиях высокой подвижности населения генный дрейф и миграция генов теряет значение как фактор популяционной динамики.
Генофонд — это вся совокупность генов населения (любого биологического вида), обитающего на конкретной исторически сложившейся территории, т.е., человеческой популяции.
Естественный отбор сыграл решающую роль в эволюции всех видов, в том числе, Homo sapiens. Человек современного типа возник в последнюю ледниковую эпоху, примерно 40—50 тысяч лет назад. На протяжении всей этой истории постепенно снижалась роль природной и возрастала роль искусственной среды в жизни человека.
Благодаря социальным преобразованиям, достижениям медицины в развитых странах давление естественного отбора значительно снизилось. Тем не менее, человек, являясь биосоциальным существом, не освободился от действия общебиологических закономерностей, универсальных для всего живого, т.е. примерно 50% первичного генофонда не воспроизводится в следующем поколении, и значительная часть этих явлений генетически обусловлена.
Человек – это социальное существо, поэтому на его генофонд действуют общественные отношения. Различные социальные условия приводят к формированию людей, имеющих определенный генотип, обеспечивающий человеку жизнь. Дальнейшие судьбы генов зависят от самого человека и общества. А.В. Лосев и Г.Г. Провадкин (1998) считают, что «...тема генофонда в ее общественном звучании — это, по существу, тема экологии общества, включая экологию духа, культуры, общественных отношений к Природе и Истории».
Биосоциальная природа человека выражается в том, что в его жизнь входят как биологические, так и социальные элементы. Это вызывает необходимость не только его биологической, но и социальной адаптации в окружающей среде. Биологическая адаптация человека стремится сохранить не только его биологические, но и социальные функции при возрастающем значении социального фактора. Социальная адаптация– это приведение межиндивидуального и группового поведения в соответствие с господствующими в данном обществе нормами и ценностями путем усвоения знаний об этом обществе.
Природа наделила человека таким свойством, как интеллект. Способность человека мыслить, создавать орудия труда, позволили ему преодолевать действие обычных абиотических и биотических, в том числе, лимитирующих, факторов. Человек остается зависимым от климатических явлений — от жары и холода, засухи и дождей, и т. п. Собственно природа всегда будет составлять неотъемлемую часть окружающей человека среды, куда входят и искусственно созданная им среда, и общественные отношения и институты (социум). Искусственная среда обитания также воздействует на человека, причем как на биологические, так и на социальные процессы в человеческих популяциях.
Общие законы взаимоотношения человека (или группы людей) и биосферы, влияние на человека (или группы людей) природной и социальной сред изучает раздел экологии - экология человека.
В городской среде действуют зональные географические условия и формируются зональные адаптивные типы человека: тропический, пустынный, высокогорный, континентальный, умеренный, арктический. Учитывая, что человек занял такие пространства, где воздействия среды во многом противоположны, можно констатировать: человек, в отличие от животных, поставил вид в условия широчайшей экологической ниши, характеризующейся общей направленностью адаптации. Освоение человеком огромного числа экологических ниш в природе стало возможным не только благодаря созданию искусственной среды, но и благодаря процессам «самонастройки» (адаптации) его организма к изменениям среды.
Адаптация систем организма к среде свидетельствует о возможностях выживания человека в новых условиях. Но человек не только адаптируется, но и прочно «привязывается» к своей среде. В своей жизнедеятельности он может находиться в квартире, на производстве или выехать за город на отдых. Эти изменения окружающих человека сред вызывают процессы реадаптации, т.е. адаптации к ставшим уже для него новым условиям. При этом происходит «снятие» выработанных ранее адаптационных механизмов, например, у детей происходит потеря «бдительности» к движению автотранспорта вследствие отсутствия их в летние каникулы в городе.
Примерно то же происходит, если не человек меняет среду, а среда меняется в месте его проживания, на производстве. Если эти изменения происходят быстро и мощно, то эволюционные процессы, механизмы отбора уже «отстают», и адаптация становится невозможной. Такой резкий дисбаланс системы вызывает стрессовые ситуации, приводящие к болезням у человека, вплоть до генетических нарушений.
Существует проблема оценки качества окружающей человека городской среды. В природных экосистемах можно использовать виды-индикаторы, действие отдельных экологических факторов, наличие тех или иных компонентов загрязнения. Но человек, в отличие от животных, сохраняет свои видовые морфофункциональные характеристики независимо от смены условий своей жизни, благодаря трудовой деятельности, в результате которой создалась новая «искусственная» среда. Поэтому оценка состояния среды обитания человека возможна лишь через состояние здоровья самого человека.
Здоровье человека (определение в экологии) - это совокупность его физических и психологических свойств, позволяющих устойчиво жить и развиваться в конкретной окружающей среде. Здоровье человека, целых групп населения зависит от воздействия различных подсистем природной и социальной среды, реализующегося через физиологические, биофизиологические и биохимические механизмы регуляции и отражающегося на физиологическом состоянии человека.
В перечне наименее контролируемых и наиболее опасных угроз человечеству подавляющее большинство экспертов называют биоагрессии, биотерроризм и "экологические войны".
Биологическое воздействие на человека может быть микробиологическим и биотическим.
Микробиологическое загрязнение – это привнесение в экосистемы в результате антропогенного воздействия нехарактерных для него видов живых организмов (бактерий, вирусов), ухудшающих условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияющих на здоровье человека.
Биотическое загрязнение – это распространение сорной растительности или животных, наносящих вред хозяйственной деятельности человека.
Высокая смертность людей от инфекционных болезней обусловила достаточно медленный рост численности населения — первый миллиард жителей на Земле появился лишь в 1860 г. Открытия Пастера в конце XIX века дали мощный толчок развитию профилактической медицины, что улучшило санитарно-гигиенические условия жизни и привело к резкому снижению заболеваемости природно-очаговыми болезнями, а некоторые из них практически исчезли в XX веке.
Основными источниками биологического воздействия являются сточные воды предприятий пищевой и кожевенной промышленности, бытовые и промышленные свалки, канализация. Особую опасность представляет микробиологическое загрязнение среды возбудителями инфекционных и паразитарных болезней.
Биологическая опасность – это отрицательное воздействие биологических патогенов любого уровня и происхождения (от прионов и микроорганизмов до многоклеточных паразитов), создающее опасность в медико-социальной, технологической, сельскохозяйственной и коммунальной сферах жизни человека.
Источники биологической опасности – это совокупность природных и техногенных биологических факторов, способных причинить существенный вред здоровью людей и животных вплоть до их гибели, а также ущерб обществу и экономике путем распространения опасных биологических агентов.
Основными источниками биологической угрозы являются: эпидемии и вспышки инфекционных заболеваний; эпизоотии; эпифитотии; аварии и диверсии на биологически опасных объектах; естественные резервуары патогенных микроорганизмов; трансграничный перенос патогенных микроорганизмов, представителей флоры и фауны, опасных для экосистем; биологический терроризм; применение биологического оружия.
Рассмотрим некоторые наиболее актуальные источники биологической угрозы. К ним относятся:
опасные биологические агенты - патогенные микроорганизмы, токсины и паразитические организмы, вызывающие заболевания человека, животных, растений, разрушение материалов, резкое ухудшение качества окружающей среды;
биорегуляторы - вещества биологического происхождения, существенно влияющие на протекающие в организме процессы; частным случаем биорегуляторов являются токсины;
токсины - это токсичные продукты микроорганизмов, природные яды животного или растительного происхождения, либо их аналоги, полученные методами химического синтеза, белки, обладающие высокой биологической активностью и чрезвычайно токсичные для высших животных (рицин, дифтерийный токсин, ботулинический токсин и т.д.);
экопатогены - совокупность факторов природного и техногенного происхождения, наносящие ущерб объектам окружающей среды;
генетически модифицированные (сконструированные) организмы - микро- и макроорганизмы с искусственно измененным геномом, определяющим изменение свойств организма.
Революция в биологии на рубеже второго и третьего тысячелетий привела не только к развитию биотехнологии и новым достижениям в медицине, сельском хозяйстве и других отраслях экономики, но и создала научно-технологические предпосылки для разработки усовершенствованных биологических средств массового поражения, что, в свою очередь, делает их более привлекательными для достижения превосходства и поставленных целей.
Биологический терроризм - использование опасных биологических агентов для нанесения ущерба жизни и здоровью людей ради достижения целей политического и материального характера.
Бактериологическое (биологическое оружие) - это специальные боеприпасы и боевые приборы со средствами доставки, снаряженные биологическими средствами, предназначенные для поражения живой силы противника, сельскохозяйственных животных, посевов сельскохозяйственных культур, а также порчи некоторых видов снаряжения и материалов.
Токсинное оружие - это разновидность биологического оружия, поражающее действие которого основано на болезнетворных свойствах токсинов различного происхождения
Генетическое оружие - это разновидность биологического оружия, поражающее действие которого основано на использовании свойств генетически модифицированных микроорганизмов или специально сконструированных молекул нуклеиновой кислоты.
В связи с вышесказанным вопросы обеспечения биологической безопасности сегодня являются крайне актуальными.
Биологическая безопасность – состояние защищенности людей, сельскохозяйственных животных и растений, окружающей природной среды от опасностей, вызванных или вызываемых источником биолого-социальной чрезвычайной ситуации.
Обеспечение биологической безопасности - это соблюдение правовых норм, выполнение санитарно-гигиенических и санитарно-эпидемиологических правил, технологических и организационно-технических требований, а также проведение соответствующего комплекса правовых, санитарно-гигиенических, санитарно-эпидемиологических, организационных и технических мероприятий, направленных на предотвращение, ослабление и ликвидацию заражения людей, сельскохозяйственных животных и растений инфекционными болезнями.
Особо следует обратить внимание на факторы, способствующие дестабилизации биологической обстановки в Российской Федерации: геополитическая обстановка; региональная нестабильность; массовые миграционные процессы; экологическая и санитарно - эпидемическая обстановка; деформации государственного устройства; ведомственная разрозненность; снижение научного и производственного потенциала; лекарственная и продовольственная зависимость от других стран; криминогенная обстановка. В связи с этим решение проблем биобезопасности в нашей стране должно быть комплексным.
ЛЕКЦИЯ 3.
Основы взаимодействия человека со средой обитания.
Опасности, их классификация, источники опасностей.
Безопасность, системы безопасности.
Экология как наука развивает понимание функционирования экосистем, взаимоотношений видов живых существ с их окружающей средой, условий развития и равновесия таких систем. Как известно, основополагающим принципом существования и развития всего живого на Земле является принцип обязательности внешнего воздействия. Как и любой вид, человек не только зависит от среды, но и воздействует на нее, что связано с процессами жизнедеятельности человека.
Жизнедеятельность – это процесс непрерывного взаимодействия человека со средой обитания в целях удовлетворения своих потребностей, включающий трудовой процесс человека, условия его отдыха, быта и миграции в окружающей среде. Среда обитания – это окружающая среда, обусловленная совокупностью факторов (физических, химических, биологических, информационных, социальных), способных оказывать прямое или косвенное, немедленное или отдаленное воздействие на жизнедеятельность человека, его здоровье и потомство.
Основными эволюционными процессами, способствующими появлению зон повышенного антропогенного и техногенного влияния на природную среду, являются:
- рост численности населения на Земле: если в 1840 году население планеты составляло 1 миллиард.человек, то в 2006 году - 6,5 миллиардов человек;
- рост потребления и концентрации энергетических ресурсов;
- интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства;
- массовое использование средств транспорта;
- рост затрат на военные цели и ряд других процессов.
Аксиома о воздействии среды обитания на человека гласит: «воздействие среды обитания на человека может быть позитивным или негативным, характер воздействия определяют параметры потоков веществ, энергий и информаций».
Основными потоками масс, энергий и информации жизненного пространства являются: потоки в естественной среде (солнечное излучение, излучение звезд и планет; космические лучи, пыль, астероиды; электрическое и магнитное поля Земли; круговороты веществ в биосфере в экосистемах, в биогеоценозах; потоки, связанные с атмосферными, гидросферными и литосферными явлениями, в том числе, со стихийными); потоки в техносфере (потоки сырья, энергии; потоки продукции отраслей экономики; отходы экономики; потоки информационные; потоки транспортные; потоки световые (искусственное освещение); потоки при техногенных авариях); потоки в социальной среде (потоки информационные - обучение, государственное управление, международное сотрудничество; потоки людские - демографический взрыв, урбанизация населения; потоки наркотических средств, алкоголя); потоки, потребляемые и выделяемые человеком в процессе жизнедеятельности (потоки кислорода, воды, пищи и иных веществ); потоки энергии (механической, тепловой, солнечной); потоки информации; потоки отходов процесса жизнедеятельности).
Рассмотрим характерные ситуации взаимодействия в системе «человек-среда обитания», основанные на изменении потоков в среде:
- комфортное (оптимальное) взаимодействие возникает в том случае, когда потоки в среде создают оптимальные условия деятельности и отдыха, предпосылки для проявления наивысшей работоспособности и продуктивности деятельности, гарантируют сохранение здоровья человека и целостности компонентов среды обитания;
- допустимое взаимодействие возникает в том случае, когда потоки, воздействуя на человека и среду обитания, не оказывают негативного влияния на здоровье, но приводят к дискомфорту, снижая эффективность деятельности человека;
- опасное взаимодействие возникает в том случае, когда потоки превышают допустимые уровни и оказывают негативное воздействие на здоровье человека, вызывая при длительном воздействии заболевания, и/или приводят к деградации природной среды;
- чрезвычайно опасное взаимодействие возникает в том случае, когда потоки высоких уровней за короткий период времени могут нанести травму, привести человека к летальному исходу, вызвать разрушения в среде обитания. Гибель организма происходит при значениях фактора воздействия, лежащего вне зоны толерантности, и ее можно рассматривать как процесс распада организма на простые подсистемы.
Опасность – это свойство человека и компонент окружающей среды, способные причинять ущерб живой и неживой материи. Поле опасностей – это совокупность опасностей в пространстве около объекта защиты. Источник опасности - это компоненты биосферы и техносферы, космическое пространство, социальные и иные структуры, излучающие опасность. Источник опасности характеризуется уровнем, зоной и продолжительностью действия.
Классификация опасностей в зависимости от видов источников опасностей, их параметров и зон воздействия потоков, свойств объекта защиты выглядит следующим образом. Опасности различаются:
- по происхождению: естественные, антропогенные;
- по видам потоков: техногенные, массовые, энергетические, информационные;
- по интенсивности потоков: опасные, чрезвычайно опасные;
- по длительности действия: постоянные, переменные (периодические), импульсные (кратковременные);
- по видам зон воздействия: производственные, бытовые, городские, зоны чрезвычайных ситуаций;
- по размерам зоны воздействия: локальные, региональные, межрегиональные, глобальные;
- по степени завершенности процесса воздействия опасности: потенциальные, реальные, реализованные;
- по избирательной идентификации опасности органами чувств человека: различаемые, неразличаемые;
- по воздействию на человека: вредные и травмоопасные;
- по численности людей, подверженных опасному воздействию: индивидуальные, групповые, массовые.
Анализ процесса воздействия опасностей в системе «человек-техносфера» учитывает: аксиомы об одновременном воздействии и совокупном воздействии опасностей на объект защиты.
Аксиома об одновременном воздействии опасностей гласит: «потоки вещества, энергии и информации, генерируемые их источниками, не обладают избирательностью по отношению к объектам защиты и одновременно воздействуют на человека, природную среду и техносферу, находящихся в зоне влияния».
Аксиома о совокупном воздействии опасностей гласит: «На любой объект защиты одновременно воздействуют все потоки, поступающие извне в зону его пребывания».
Для современного состояния системы «человек-техносфера» характерны два вида негативных ситуаций, связанных с воздействием опасностей на человека:
I ситуация – это длительное воздействие постоянных или переменных опасностей ограниченной интенсивности в локальных, региональных и глобальных зонах (длительное действие опасностей на производстве, в быту, городе, действие глобальных опасностей);
II ситуация – кратковременное воздействие импульсных опасностей высокой интенсивности в локальных и региональных зонах (техногенные аварии, катастрофы, стихийные бедствия).
К основным видам экологических опасностей природного, промышленного, бытового характера относят химическую, радиационную, биологическую опасности, аварии на промышленных предприятиях, газовых хранилищах, нефтебазах, трубопроводах, на железных и автомобильных дорогах, пожары, наводнения.
Обеспечение экологической безопасности включает в себя систему действий по предотвращению возникновения, развития экологически опасных ситуаций и ликвидации их последствий. Специфическая черта экологических проблем современности – их масштабный характер, что требует осведомленности населения о потенциальных опасностях, психологической и технической подготовленности к ним.
Экологический риск – это вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера.
Безопасность объекта – это состояние объекта, при котором воздействие на него всех потоков вещества, энергии и информации не превышает максимально допустимых значений. Чтобы правильно оценить содержание процесса обеспечения безопасности и указать его исполнителя, необходимо термин «безопасность» всегда рассматривать в системе «объект защиты – источник опасности».
Безопасность жизнедеятельности - наука о комфортном и травмобезопасном взаимодействии человека с техносферой. Цель науки о безопасности жизнедеятельности - создание защиты человека в техносфере от внешних негативных воздействий антропогенного, техногенного и естественного происхождения.
Сегодня можно предполагать реализацию следующих систем безопасности, характерных для области защиты человека и человечества:
- человек как отдельная личность в среде обитания;
- группа людей в среде обитания;
- население города (региона) в техносфере;
- человечество в биосфере и техносфере;
- жизнь на Земле в космической среде.
Сегодня в России для защиты человека и зон его пребывания от опасностей существуют следующие системы безопасности: безопасность (охрана) труда в системе «человек, группа людей - среда деятельности людей», защита в чрезвычайных ситуациях в системе «человек, группа людей, техносфера, природная среда, материальные ресурсы – естественные, техногенные, антропогенные чрезвычайные опасности», охрана окружающей среды в системе «городские и иные селитебные зоны, природная среда и ее ресурсы – опасности техносферы, антропогенные опасности».
Экологический мониторинг окружающей среды - комплекс наблюдений, оценок прогнозов и разрабатываемых на их основе рекомендаций и вариантов управленческих решений, необходимых для обеспечения экологической безопасности. Примерами экологических мониторингов являются мониторинг состояния атмосферного воздуха, водных объектов (поверхностных водных объектов, подземных, водохозяйственных систем и сооружений), городских земель, зеленых насаждений, орнитофауны, радиационный и акустический мониторинги.
Таким образом, система мониторингов призвана обеспечить безопасную среду обитания населения. Вместе с тем, населению необходимо иметь начальные познания об антропогенных источниках экологической безопасности с целью правильного поведения в экстремальных ситуациях. Пути и принципы обеспечения безопасности жизнедеятельности многообразны и изменяются от средств индивидуальной защиты личности до общегосударственных законодательных актов.
ЛЕКЦИЯ № 4.
Понятие о загрязнении окружающей среды. Классификация загрязнений.
Охрана окружающей среды. Способы учета выбросов.
Санитарно - гигиеническое и научно-техническое нормирование.
Загрязнение окружающей среды - главнейший и наиболее распространенный вид отрицательного воздействия человека на биосферу, который связан с основными глобальными факторами дестабилизации природной среды, представленными в Экологической доктрине Российской Федерации (2002):
- рост потребления природных ресурсов при их сокращении;
- рост населения планеты при сокращении пригодных для обитания территорий;
- деградация основных компонентов биосферы, снижение способности природы к самоподдержанию;
- возможные изменения климата и истощение озонового слоя Земли;
- сокращение биологического разнообразия;
- возрастание экологического ущерба от стихийных бедствий и техногенных катастроф,
- недостаточный уровень координации действий мирового сообщества в области решения экологических проблем.
Окружающая среда — это совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных и антропогенных объектов.
Природная среда — это совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов. Компоненты природной среды - земля, недра, почвы, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный, животный мир и иные организмы, а также озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство, обеспечивающие в совокупности благоприятные условия для существования жизни на Земле.
Природный объект - это естественная экологическая система, природный ландшафт и составляющие их элементы, сохранившие свои природные свойства.
Природно-антропогенный объект — это природный объект, измененный в результате хозяйственной и иной деятельности, и (или) объект, созданный человеком, обладающий свойствами природного объекта и имеющий рекреационное и защитное значение.
Антропогенный объект — это объект, созданный человеком для обеспечения его социальных потребностей и не обладающий свойствами природных объектов.
Большинство острейших экологических ситуаций связаны с загрязнением окружающей природной среды (Чернобыльская авария, кислотные дожди, опасные отходы). Загрязнением окружающей среды называют поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду.
Загрязняющее вещество — это вещество или смесь веществ, количество и (или) концентрация которых превышают установленные для химических веществ, в том числе, радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов нормативы и оказывают негативное воздействие на окружающую среду.
Источники загрязнения могут быть природными (пыльные бури, вулканическая деятельность, сели) и антропогенные.
Источниками антропогенного загрязнения (наиболее опасного для популяций любых организмов) являются промышленные предприятия (химические, металлургические, целлюлозно-бумажные, строительных материалов), теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство и другие технологии.
В экологической литературе выделяют следующиевиды загрязнения: физические (тепловые, шумовые, вибрационные, радиоактивные, электромагнитные), химические (тяжелые металлы, отдельные химические вещества, пестициды, синтетические поверхностно активные вещества, пластмассами) и биологические (биогенные элементы, микробиологические, генная инженерия).
По объектам загрязнения различают загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение почв. В последние годы актуальными стали и проблемы, связанные с загрязнением околоземного космического пространства.
Количество загрязнителей (поллютантов), т.е. веществ, ухудшающих качество окружающей среды, в мире огромно. Их число постоянно растет по мере развития новых технологических процессов. Считают, что, как на уровне региона, так и в глобальном масштабе «приоритетными» являются следующие загрязнители:
- диоксид серы, образующий серную кислоту и сульфаты, попадающие на растительность, в почву и водоемы;
- некоторые канцерогенные вещества, в частности, бенз(а)пирен;
- нефть и нефтепродукты в морях и океанах;
- хлорорганические пестициды (в сельских районах);
- оксид углерода и оксиды азота (в городах).
К особо опасным загрязнителям относят радиоактивные элементы (стронций-90, цезий-137, йод-131, углерод-14), диоксины, которые являются опаснейшие токсиканты из класса хлоруглеводородов, тяжелые металлы (ртуть, свинец), способные накапливаться в трофических цепях и оказывать высокотоксичное действие на организм.
Радиоактивное загрязнение приводит к исключительно тяжелым экологическим последствиям для человека и всей биоты. На территории России оно вызвано в первую очередь аварией на Чернобыльской АЭС в 1986 году, воздействием на окружающую среду ПО «Маяк», предприятий ядерно-топливного цикла, хранилищ радиоактивных отходов (16 комбинатов, «Радон» и др.). Негативное значение имеет глобальный радиационный фон, обусловленный проводившимися ранее испытаниями атомного оружия (всего с 1945 г. по 1991 г. в мире было проведено 1946 ядерных взрывов, из них, в СССР — 599). Содержание в атмосфере радионуклида углерод-14 в результате увеличилось на 2,6%, а радиоактивного изотопа трития — в 100 раз.
Федеральный закон «О радиационной безопасности» принят Государственной думой Российской Федерации 5 декабря 1995 года. В нем предусмотрены принципы обеспечения радиационной безопасности, мероприятия по обеспечению радиационной безопасности, общественный контроль за обеспечением радиационной безопасности, обеспечение радиационной безопасности при воздействии природных радионуклидов, обеспечение радиационной безопасности при производстве пищевых продуктов и потреблении питьевой воды, обеспечение радиационной безопасности при проведении медицинских рентгенорадиологических процедур, контроль и учет индивидуальных доз облучения, право граждан на возмещение вреда, причиненного их жизни и здоровью, обусловленных облучением ионизирующим излучением, а также в результате радиационной аварии, и на возмещение причиненных им убытков.
Согласнозакону о неустранимости отходов и побочных воздействий производств в любом хозяйственном цикле образуются отходы и побочные эффекты, они не устранимы и могут быть переведены из одной физико-химической формы в другую или перемещены в пространстве. Этот закон является основополагающим при разработке мероприятий по охране окружающей среды.
Охрана окружающей среды — это деятельность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, общественных и иных некоммерческих объединений, юридических и физических лиц, направленная на сохранение и восстановление природной среды, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов, предотвращение негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и ликвидацию ее последствий (далее также — природоохранная деятельность).
Качество окружающей среды— это состояние окружающей среды, которое характеризуется физическими, химическими, биологическими и иными показателями и (или) их совокупностью.
Благоприятная окружающая среда — окружающая среда, качество которой обеспечивает устойчивое функционирование естественных экологических систем, природных и природно-антропогенных объектов.
Оценка воздействия на окружающую среду — это вид деятельности по выявлению, анализу и учету прямых, косвенных и иных последствий воздействия на окружающую среду планируемой хозяйственной и иной деятельности в целях принятия решения о возможности или невозможности ее осуществления.
Для оценки воздействия на окружающую среду различных загрязняющих веществ выполняется мониторинг окружающей среды, или экологический мониторинг, который представляет собой комплексную систему наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.
Государственный мониторинг окружающей среды — мониторинг окружающей среды, осуществляемый органами государственной власти Российской Федерации и органами государственной власти субъектов Российской Федерации.
Контроль в области охраны окружающей среды (экологический контроль) - система мер, направленная на предотвращение, выявление и пресечение нарушения законодательства в области охраны окружающей среды, обеспечение соблюдения субъектами хозяйственной и иной деятельности требований, в том числе, нормативов и нормативных документов в области охраны окружающей среды.
К системе мер экологического контроля относится экологический аудит, который представляет собой независимую, комплексную, документированную оценку соблюдения субъектом хозяйственной и иной деятельности требований, в том числе, нормативов и нормативных документов в области охраны окружающей среды, требований международных стандартов и подготовку рекомендаций по улучшению такой деятельности.
Для реализации мер по контролю качества окружающей среды разработана документация по нормированию качества окружающей природной среды. В соответствии с природоохранительным законодательством Российской Федерации целью нормирования качества окружающей природной среды является установление предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности. Воздействие подразумевает наложение граничных условий (нормативов) как на само воздействие, так и на факторы среды, отражающие и воздействие, и отклики экосистем.
Вред окружающей среде - это негативное изменение окружающей среды в результате ее загрязнения, повлекшее за собой деградацию естественных экологических систем и истощение природных ресурсов.
Экологическое нормирование предполагает учет так называемой допустимой нагрузки на экосистему. Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды.
Вредные вещества- это вещества, воздействие которых на биологические системы может привести к отрицательным последствиям. Как правило, все ксенобиотики (чужеродные для живых организмов, искусственно синтезированные вещества) рассматривают как вредные.
Порог вредного действия — это минимальная доза вещества, при воздействии которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология.
Очень важно отметить комбинированное действие вредных веществ на здоровье человека. На производстве и в окружающей среде редко встречается изолированное действие вредных веществ; обычно человек, работающий на производстве, подвергается сочетанному действию неблагоприятных факторов разной природы (физических, химических) или комбинированному влиянию факторов одной природы, чаще ряду химических веществ. Комбинированное действие – это одновременное или последовательное действие на организм нескольких ядов при одном и том же пути поступления. Различают несколько типов комбинированного действия ядов в зависимости от эффектов токсичности: аддитивное, потенцированное, антагонистическое и независимое действия.
Аддитивное действие–это суммарный эффект смеси, равный сумме эффектов действующих компонентов. Аддитивность характерна для веществ однонаправленного действия, когда компоненты смеси оказывают влияние на одни и те же системы организма, причем при количественно одинаковой замене компонентов друг другом токсичность смеси не меняется. Примером аддитивности является наркотическое действие смеси углеводородов (бензола и изопропилбензола).
При потенцированном действии (синергизме) компоненты смеси действуют так, что одно вещество усиливает действие другого. Эффект комбинированного действия при синергизме выше, больше аддитивного и это учитывается при анализе гигиенической ситуации в конкретных производственных условиях. Потенцирование отмечается при совместном действии диоксида серы и хлора; алкоголь повышает опасность отравления анилином, ртутью и некоторыми другими промышленными ядами.
Антагонистическое действие – это эффект комбинированного действия менее ожидаемого. Компоненты смеси действуют так, что одно вещество ослабляет действие другого, эффект – менее аддитивного. Примером может служить антидотное (обезвреживающее) взаимодействие между эзерином и атропином.
При независимом действии комбинированный эффект не отличается от изолированного действия каждого вредного вещества в отдельности. Преобладает эффект наиболее токсичного вещества. Комбинации веществ с независимым действием встречаются достаточно часто, например, бензол и раздражающие газы, смесь продуктов сгорания и пыли.
Наряду с комбинированным влиянием вредных веществ возможно наступление их комплексного действия, когда они поступают в организм одновременно, но разными путями (через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, органы дыхания и кожу и т. д.).
Для ограничения неблагоприятного воздействия вредных веществ применяют гигиеническое нормирование их содержания в различных средах.
Сохранение здоровья или возникновение болезни — это результат сложных взаимодействий внутренних биосистем организма и внешней среды. Познание этих сложных взаимодействий явилось основой для возникновения такого направления, как профилактическая медицина и ее научной дисциплины — гигиены.
Гигиена— наука о здоровом образе жизни, которая интенсивно начала развиваться более 100 лет назад благодаря работам Л.Пастера, Р.Коха, И.И.Мечникова и др. Гигиенисты первыми увидели связь между средой и здоровьем человека, за последние десятилетия эта наука получила мощное развитие, заложив основы современной науки об охране окружающей среды. Однако у гигиены как отрасли медицинской науки есть и свои специфические задачи. Гигиена изучает влияние разнообразных факторов среды на здоровье человека, его работоспособность и продолжительность жизни: природных факторов, бытовых условий и общественно-производственных отношений. Ее основная задача — разработка научных основ санитарного надзора, обоснование санитарных мероприятий по оздоровлению населенных пунктов, охрана здоровья детей и подростков, разработка санитарного законодательства, санитарная экспертиза качества пищевых продуктов и предметов бытового обихода. Важнейшей задачей этой науки является разработка гигиенических нормативов для воздуха населенных мест и промышленных предприятий, воды, продуктов питания и материалов для одежды и обуви человека с целью сохранения его здоровья и предупреждения заболеваний.
В связи с тем, что требование полного отсутствия промышленных ядов в зоне дыхания работающих часто невыполнимо, особую значимость приобретает гигиеническая регламентация содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ГОСТ 12.1.005–88). Такая регламентация в настоящее время проводится в три этапа: 1) обоснование ориентировочного безопасного уровня воздействия (ОБУВ); 2) обоснование ПДК; 3) корректирование ПДК с учетом условий труда работающих и состояния их здоровья. Установлению ПДК может предшествовать обоснование ОБУВ в воздухе рабочей зоны, атмосфере населенных мест, в воде, почве.
Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливаются и утверждаются специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиологического надзора и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов. В основе санитарно-гигиенического нормирования лежит понятие предельно допустимой концентрации.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) - это нормативы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых продуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), которые при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства. Анализ того, как изменяются с течением времени значения ПДК, свидетельствует об их относительности, вернее — об относительности наших знаний о безопасности или опасности тех или иных веществ.
Временно допустимые концентрации (ВДК) – это концентрации, которые могут устанавливаться для веществ, о действии которых не накоплено достаточной информации, полученные расчетным путем нормативы и рекомендованные для использования сроком на 2-3 года.
Токсическое действие вредных веществ характеризуется показателями токсикометрии, в соответствии с которыми вещества классифицируют на чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные и малотоксичные. Эффект токсического действия различных веществ зависит от количества, попавшего в организм вещества, его физических свойств, длительности поступления, химизма взаимодействия с биологическими средами (кровью, ферментами). Кроме того, эффект зависит от пола, возраста, индивидуальной чувствительности, путей поступления и выведения, распределения в организме, а также метеорологических условий и других сопутствующих факторов окружающей среды.
Токсичность – это способность веществ вызывать нарушения физиологических функций организма, что, в свою очередь, приводит к заболеваниям (интоксикациям, отравлениям) или, в тяжелых случаях, к гибели.
Токсическая доза — это количество вещества, отнесенное, как правило, к единице массы животного или человека, вызывающее определенный токсический эффект. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность. Смертельные, или летальные дозы (LD) при введении в желудок или в организм другими путями или смертельные концентрации CL могут вызывать единичные случаи гибели (минимальные смертельные дозы) или гибель всех организмов (абсолютно смертельные дозы). В качестве показателей токсичности пользуются среднесмертельными дозами и концентрациями: LD50, CL50–это показатели абсолютной токсичности. Среднесмертельная концентрация вещества в воздухе CL50 – это концентрация вещества, вызывающая гибель 50 % подопытных животных при 2–4-часовом ингаляционном воздействии (мг/м3); среднесмертельная доза при введении в желудок (мг/кг), обозначается как LD50,среднесмертельная доза при нанесении на кожу LDК50. Цифры в индексе отражают вероятность (%) появления определенного токсического эффекта — в данном случае, смерти, в группе подопытных животных. Величина токсической дозы не используется в системе нормирования.
Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность.
Требования, предъявляемые собственно к источникам воздействия, отражают научно-технические нормативы.
К научно-техническим нормативам относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ и ПДС), а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей природной среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов предприятиями региона содержание любой примеси в воде, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования.
Научно-техническое нормирование - введение ограничений деятельности хозяйственных объектов в отношении загрязнения окружающей среды, которое определяет предельно допустимые потоки вредных веществ, поступающие от источников воздействия в воздух, воду, почву.
Постановлением Правительства РФ от 3 августа 1992 года № 545 принят "Порядок разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду, лимитов использования природных ресурсов, размещения отходов".
Допустимые нормы антропогенной нагрузки на окружающую среду — это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем. Потенциальная способность природной среды перенести ту или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных функций экосистем определяется термином «емкость природной среды», или экологическая емкость территории.
Главным стратегическим направлением в научно-практической деятельности гигиенистов является научное обоснование понятия «экологический оптимум», которому должна соответствовать среда жизни человека. Этот оптимум должен обеспечить человеку хорошее здоровье, высокую трудоспособность и долголетие.