Практическое занятие №5

Биогеохимические циклы. Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом. В такие циклы вовлечены практически все химические элементы и прежде всего те, которые участвуют в построении живой клетки.

Экология и охрана природы. Конференция ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро. Биогеохимические циклы. Закон физико-химического единства живого вещества В.И. Вернадского. Принципы рационального природопользования. Киотский протокол. Природные ресурсы, их классификация. Особо охраняемые природные территории. Альтернативные источники энергии.

Экология и охрана природы.Экология изучает взаимоотношения организмов с окружающей средой, исследует структурно функциональную организацию надорганизменных систем (популяций, группировок, экосистем, биосферы), выявляет механизмы поддержания их стойкости в пространстве и времени. Это наука о связях, поддерживающих устойчивость жизни в окружающей среде. В центре ее внимания не только биологические объекты, но и те условия, которые необходимы для их существования.

Экосистема - центральное понятие экологии. Экосистема – это биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (совокупность продуцентов, консументов, редуцентов), среды их обитания, системы связей, осуществляющей обмен веществом, энергией и информацией между ними. Чем больше в экосистеме видов, тем больше там пищевых цепей, и тем более устойчивым (сбалансированным) является круговорот веществ и сама экосистема. Если количество видов (биологическое разнообразие) уменьшается, то экосистема становится неустойчивой и теряет способность к саморегуляции.

Первая международная конференция ООН по охране окружающей среды состоялась в Стокгольме в 1972 г. День открытия этой конференции – 5 июня – отмечается как День охраны окружающей среды. Стокгольмская конференция провозгласила: право человека на благоприятную окружающую среду; сохранение природных ресурсов на благо нынешнего и будущих поколений; суверенность прав государств на разработку собственных природных ресурсов и ответственность государств за ущерб, причиненный окружающей среде; избавление человечества и биосферы от опасности применения ядерного и иных видов оружия массового уничтожения.

Главным событием в области охраны окружающей среды конца ХХ в. стала Конференция ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 году. Основными документами, принятыми на этой Конференции, являются:

· Обязательные для исполнения:

o «Конвенция по климату»;

o «Конвенция по охране биологического разнообразия»

· Юридически необязательные соглашения:

o «Повестка дня на ХХI в.» — программа действий на предстоящее столетие;

o «Заявление о принципах охраны и рационального использования лесов всех климатических зон».

Также были приняты: Декларация Конференции, где сформулированы основные принципы международной политики в области охраны окружающей среды; «Концепция устойчивого экономического развития».

Различают два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический). Малый круговорот является частью большого круговорота. Он происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы, как продуцентов (растений), так и консументов (животных). Продукты распада органического вещества под действием редуцентов (бактерии, грибы) вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям. Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем.

В результате антропогенной деятельности степень замкнутости биогеохимических круговоротов уменьшается. Наивысшая степень замкнутости биогеохимических круговоротов наблюдается в тропических экосистемах. Разработка и введение в эксплуатацию замкнутых технологических циклов может приблизить человечество к решению части экологических проблем.

Несмотря на то, что азот составляет около 78% атмосферного воздуха, в большинстве случаев он не может быть непосредственно использован растениями, т.к. они не усваивают газообразный азот.

Самые активные потребители азота – бактерии на корневой системе растений семейства бобовых, которые превращают азот в нитраты. Нитрат-ионы (NO₃^-) и ионы аммония (NH₄⁺), поглощаемые растениями из почвенной влаги, преобразуются в белки и нуклеиновые кислоты. Погибшие организмы представляют интерес для других бактерий и грибов, преобразующих их в аммиак. Так возникает новый цикл круговорота. Существуют организмы, способные превращать аммиак в нитриты, нитраты и в газообразный азот. Аммиак или ион аммония, образовавшийся в почве, может поглощаться корнями растений. Азот при этом включается в аминокислоты и становится частью белка. Если растение затем поедается животными, то азот включается в другие белки. В любом случае белок в конечном итоге возвращается в почву, где распадается на составляющие его аминокислоты. В аэробных условиях в почве содержится множество микроорганизмов, способных окислять аминокислоты до двуокиси углерода, воды и аммиака.

Деятельность, направленная, на то, чтобы прокормить увеличивающееся число жителей планеты, должна быть уравновешена, поисками путей к сохранению равновесия в круговороте азота.

Больше всего связанного азота человек производит в виде минеральных удобрений. Каждая экосистема способна усвоить определенное количество азота. Однако при насыщении экосистемы азот начинает вымываться. Эвтрофикация озер – экологическая проблема, связанная со смывом растворимых солей азота в водоемы. Азот удобряет водоросли, они разрастаются, а когда погибают, на их разложение расходуется почти весь растворенный в воде кислород, что вызывает гибель других обитателей водоема.

Закон физико-химического единства живого вещества.Одним из главных законов классической экологии считается Закон физико-химического единства живого вещества В.И. Вернадского: все живое вещество Земли физико-химически едино. Позже американский эколог Барри Коммонера сформулирует свои четыре закона экологии. Все связано со всем. Все должно куда-то деваться. За все надо платить. Природа знает лучше. Фактически первый закон – все связано со всем – упрощенная формулировка закона В.И. Вернадского. Следствием из закона является то, что вредное воздействие для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части, т.к. при всем разнообразии живых организмов Земли они сходны по физико-химическим параметрам.

Любые физико-химические агенты, токсичные для одних организмов (например, средства борьбы с вредителями), не могут не оказывать токсичного эффекта на других. В любой многочисленной популяции всегда находятся разнокачественные особи. Скорость естественного отбора по выносливости популяций к токсиканту прямо пропорциональна быстроте чередования поколений. Поэтому длительное применение химических методов борьбы с вредителями экологически неприемлемо – естественный отбор устойчивых особей вынуждает увеличивать нормы обработки. Увеличенные концентрации также оказываются малоэффективными, но могут тяжело отражаться на здоровье людей и позвоночных животных в связи с опасностью накопления (аккумуляцией) загрязняющих веществ по мере продвижения по трофическим цепям в экосистеме. Явление, связанное с относительным ростом концентрации загрязняющих веществ в организмах по мере продвижения по трофической цепи, называется биотическим накоплением химических веществ в экосистеме. Устрица может содержать в 70000 раз больше ДДТ, чем в воде, где она обитает. При незначительных концентрациях в окружающей среде в продуктах питания (особенно животного происхождения) токсины могут накапливаться в концентрациях, превышающих ПДК, за счет эффекта биотического накопления.

Глобальные экологические проблемы. Глобальными считаются проблемы, возникающие в результате объективного развития общества, создающие угрозы всему человечеству и требующие для своего решения объединенных усилий всего мирового сообщества. К таким проблемам относятся: разрушение естественных экосистем, загрязнение атмосферы, почв, воды, проблема озонового слоя, кислотных осадков, парникового эффекта, энергетическая и сырьевая проблемы.

Классификация природных ресурсов.Огромные объемы природных ресурсов, вовлекаемых в современную человеческую деятельность, обострили проблемы их рационального использования и охраны и приобрели глобальный характер. Среди природных ресурсов различают следующие виды: энергетические (солнечная и ядерная энергия, внутриземное тепло и др.); ресурсы литосферы, в том числе земельные и минеральные; атмосферные; водные; биологические (растительный и животный мир), климатические и рекреационные. Экологическая классификация природных ресурсов основана на признаках исчерпаемости и возобновимости запасов: неисчерпаемые – солнечная энергия, внутриземное тепло, энергия воды, воздуха; исчерпаемые возобновимые - флора, фауна, водные ресурсы (крайне медленные темпы возобновления плодородных земель, лесов с высоким качеством древесины); исчерпаемые невозобновимые – полезные ископаемые.

Ценность природных ресурсов определяется уровнем общественных потребностей и отношением к ним.

Принципы рационального природопользования.Природопользование – использование природной среды для удовлетворения экологических, экономических, культурно-оздоровительных потребностей общества. Природопользование подразделяется на рациональное и нерациональное. Постановлением Государственный стандарт РФ ГОСТ 30166-95 «Ресурсосбережение» дает следующие определения терминов.

Ресурсы – ценности, запасы, возможности, источники дохода в государственном бюджете. В общем виде ресурсы делятся на природные и экономические.

Ресурсосбережение – деятельность, методы, процессы, комплекс организационно-технических мер и мероприятий, сопровождающих все стадии жизненного цикла объектов и направленных на рациональное использование и экономное расходование ресурсов. Различают энергосбережение и материалосбережение

Рациональное использование ресурсов – достижение максимальной эффективности использования ресурсов в хозяйстве при существующем уровне развития техники и технологии с одновременным снижением техногенного воздействия на среду.

Утилизация – виды работ по обеспечению ресурсосбережения, при которых осуществляются переработка и вторичное использование отслуживших установленный срок или отбракованных изделий, материалов, упаковки и т.п., а также технологических отходов и вторичных материалов.

Главными экономическими принципами рационального природопользования являются платность природопользования и принцип «загрязнитель платит». Экономический механизм включает: установление лимитов использования природных ресурсов, выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, размещения отходов; установление нормативов платы и размеров платежей за использование природных ресурсов, выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду, размещение отходов и другие виды вредного воздействия; предоставление хозяйствующим субъектам налоговых, кредитных и иных льгот при внедрении ими малоотходных и ресурсосберегающих технологий и нетрадиционных видов энергии, осуществлении других эффективных мер по охране окружающей природной среды; планирование и финансирование природоохранных мероприятий; возмещения вреда, причиненного окружающей природной среде и здоровью человека.

Киотский протокол стал первым международным соглашением экономического регулирования экологических проблем. Страны определили для себя количественные обязательства по ограничению либо сокращению выбросов на период с 1 января 2008 года по 31 декабря 2012 года. Цель ограничений – снизить уровень выбросов парниковых газов на 5,2 % по сравнению с уровнем 1990 года. Протокол предусматривает торговлю квотами, при которой государства или отдельные хозяйствующие субъекты могут продавать или покупать квоты на выбросы парниковых газов на национальном, региональном или международном рынках.

Современный подход к природопользованию включает в себя учет основных экологических законов, применение высоких технологий, минимизация негативного воздействия, платность природопользования, улучшение качества и снижение ресурсо-, энергоемкости хозяйственной деятельности, создание продукции с длительным ресурсом и сроком эксплуатации, использование альтернативных источников энергии и рециклинга, внедрение биосовместимых технологических процессов.

Альтернативные источники энергии.За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Преимущество альтернативных источников энергии в их возобновимости. К таким источникам можно отнести: энергию солнца (солнечные батареи), энергию ветра, энергию приливов и отливов (Кислогубская приливная электростанция в Мурманской области), глубинное тепло Земли (Паужетская геотермальная электростанция на Камчатке), биотопливо.

Особо охраняемые природные территории.Законодательство РФ об особо охраняемых природных территориях различает следующие категории указанных территорий: государственные природные заповедники, в том числе биосферные; национальные парки; природные парки; государственные природные заказники; памятники природы; дендрологические парки и ботанические сады; лечебно-оздоровительные местности и курорты.

Природно-заповедный фонд Республики Татарстан включает Волжско-Камский государственный природный биосферный заповедник; Национальный парк «Нижняя Кама»; природные заказники разного профиля; памятники природы. Памятники природы могут быть ботаническими, зоологическими, геологическими, водными и комплексными. Вместе эти территории представляют общую и разнообразную картину природы Татарстана. Общая площадь природно-заповедного фонда составляет 133625 гектар, или 1,97 % к общей площади республики.

Наиболее известные памятники природы республики – это Семиозерский лес, Колония серой цапли, Адонисовый склон (д. Янга Сала Арского района), Берсутские пихтарники Мамадышского района, Чертово городище - место древнего поселения булгар Елабужского района, Тархановские и Кайбицкие дубравы, Колония степной гадюки Спасского района, Раифский дендросад, Юрьевские пещеры, Городище Биляр Алькеевского района.

На территории города Казани расположено семь памятников природы: «Казанский дендрарий» и историко-природный памятник «Дом-музей В.И.Ленина» (Вахитовский район), «Массив Дубки» (Кировский район), «Кедровый парк» (Приволжский район), «Скотские горы (Швейцария)» и «Карьерный овраг» (Советский район), река Казанка.

Источники информации

1. Горелов А.А. Экология: учебник для студентов ВУЗов – М: Академия, 2009–400 с.

2. Дмитриев В.В. Прикладная экология: учебник для студентов ВУЗов / В.В. Дмитриев, А.И.Жиров, А.Н.Ласточкин. – М: Академия, 2008 – 608 с.

3. Разумова Е.Р. Экология. М.: МИЭМП, 2010. - 172 с.

4. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990. – 637с.

5. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология: 2 т. Пер. с англ./Под ред. Р. Сопера – 3-е изд., – М.: Мир, 2004. – 454 с.

6. Урсул, А. Д. Глобальные процессы, безопасность и устойчивое развитие. Журнал: Век глобализации. Выпуск №1/2008. – С.17-22 с.

7. http://ggf.bsu.edu.ru/ElBook/Ekologia/text/2_031.html