Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЛИТОСФЕРУ, ПЕДОСФЕРУ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ


ЛЕКЦИЯ 8

Самоочищение и эвтрофикация водоёмов

Замечательной особенностью водных экосистем является их способность к самоочищению и установлению биологического равновесия. Оно происходит в результате совокупного действия физических, химических и биологических факторов. К физическим факторам относятся интенсивное течение рек, обеспечивающее хорошее перемешивание и снижение концентрации веществ, оседание взвешенных частиц и нерастворимых осадков, воздействие ультрафиолетового излучения Солнца и др. Из химических факторов, например, можно выделить окисление органических и неорганических веществ, сорбцию растворённых веществ донными осадками. Решающую роль в процессе самоочищения играют водные биоценозы. Через пищевые цепи они обеспечивают многоступенчатую минерализацию органики и перевод её в донные отложения. Однако способность водоёмов к самоочищению не безгранична. При аварийных залповых выбросах неочищенных вод может быть погублена вся биота водоёма.

К нарушению равновесия в водоёме может приводить поступление в него веществ не только синтетического, но и природного происхождения, если их количество существенно превышает природную эмиссию. Чрезмерное обогащение водоёмов питательными элементами, такими как азот и фосфор, вследствие смыва с полей минеральных удобрений, приводит к эвтрофикации. Резко повышается биологическая продуктивность водоёма, начинается массовое размножение фитопланктона, в первую очередь неприхотливых сине-зелёных водорослей. Потребление водорослями большого количества кислорода приводит к его дефициту. Часть водорослей погибает, продукты гниения отмирающих водорослей отравляют водоём. Он “зацветает” и медленно умирает. Антропогенная эвтрофикация вызывается не ядовитыми загрязнениями, а тем, что считалось всегда безвредным – частицами почвы и удобрениями.

 

Роль почвы как источника пищевых ресурсов. Основные причины утраты почвенного слоя: эрозия почв, загрязнение химическими веществами, прямое уничтожение. Проблема применения пестицидов, накопления твердых промышленных и бытовых отходов.



Ресурсный аспект взаимодействия человека и природы. Истощение запасов полезных ископаемых. Антропогенное воздействие на биологические ресурсы. Биоразнообразие, утрата видов.

 

Литосфера – верхняя оболочка Земли от 50 до 200 км. Рыхлый поверхностный слой Земной коры – почва (педосфера). Почва сформировалась из минеральных и органических веществ и населена гетеротрофными микроорганизмами и червями, что обеспечивает образование в них гумусового слоя. Почва – биокосное вещество. Биотические и биогенные компоненты составляют относительно небольшую, но очень важную часть почвы. Основные свойства почвы как экологической среды – это ее физическая структура, механический и химический состав, рН, содержание органических веществ, аэрация и увлажненность. Различные сочетания этих свойств образуют множество разновидностей почв и разнообразие почвенных условий – эдафических факторов. Процессы почвообразования начинаются с выветривания и разрыхления материнских пород – базальтов, гранитов, известняков, песчаников, глин. Слой выветривания постепенно заселяется микроорганизмами, растениями и животными, которые ускоряют преобразование и обогащают слой органическими веществами. Возникает почва. Процесс идет от поверхности к более глубоким слоям земли, поэтому большинство почв имеет выраженный слоистый почвенный профиль. Почвенные организмы включают: приблизительно 50 % бактерий, 25 % грибов, 13 % червей и других составляющих от личинок насекомых до роющих млекопитающих приблизительно 12 %. В одном гектаре плодородной почвы может содержаться до 10 т живой биомассы. Детритофаги почвы – черви и личинки насекомых – поглощают частицы почвы и остатки растительной пищи. Они пропускают через свой пищеварительный тракт органическую массу почвы, обогащая её и придавая ей мелко-комковатую структуру (разрыхляют). В результате разложения растительного детрита, состоящего из опада и отмерших растений, образуется гумус. Содержание гумуса определяет плодородие почвы.

Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку. Производственной деятельностью человека в той или иной мере охвачено все пространство планеты. Можно оценить площадь земель, не затронутых хозяйственной деятельностью, % (по данным съемок из космоса) [2]:

Европа…………….……..5,7

Азия………………….…22,9

Африка………………... 27,0

Северная Америка……..34,0

Южная Америка……….20,9

Австралия………………27,1

Вся суша………………..28,3 (без Антарктиды и других ледяных поверхностей).

Площадь, находящаяся под контролем человека, уже превысила, по мнению экологов, допустимый предел земельных ресурсов, подлежащих хозяйственному использованию. В будущем пашня может быть увеличена лишь за счет пастбищ и лесов, а это чревато серьезными эколого- экономическими потерями. Распаханность земель по странам и континентам разная: Бразилия – 1,1 %, Австралия – 1,2 %, Канада – 2,4 %, Индия – 30 %, остров Ява (Индонезия) – 70 %, Европа – 31 %. В России пашня занимает 14 %. В нашей стране 70 % земельных ресурсов приходится на холодные и засушливые пояса (тундра, лесотундра, пустыни). Свободных цельных и залежных земель, пригодных для распашки, в стране не осталось.

Почва для человека прежде всего является источником пищевых ресурсов. Население планеты постоянно растет, и остро стоит задача обеспечения его продуктами питания. К середине XX века в странах пояса сухих субтропиков продовольственное положение резко ухудшилось из-за роста населения и дефицита плодородной земли. Поскольку освоение новых земель практически невозможно, то приходится повышать продуктивность. Наступление массового голода в 1950–70 гг. было задержано с помощью комплекса мер, получивших название “зеленой революции”. Были внедрены новые сорта сельскохозяйственных растений, устойчивых к заболеваниям, внедрены новые агротехнические приемы и средства защиты растений, обучение крестьян. Эти меры имели большое значение. Благодаря им во многих странах, таких как Индия, Индонезия, Бразилия урожаи зерна за 25 лет выросли в 2–3 раза, в Мексике – в 4 раза. Быстро развивалось и животноводство. Однако эти достижения “зеленой революции” оказались временными, поддерживать рост производства продовольствия все труднее. Увеличение мировых сборов зерна и других продуктов земледелия едва поспевает за ростом населения планеты, а в последние годы все чаще отстает от него. По данным “Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН” около половины населения мира в возрасте 16 лет получает ежесуточно 70% средней нормы питания. Даже в такой развитой стране, как США, 1/3 населения недоедает. В основном голодают в развивающихся странах Азии, Африки и Латинской Америки. Быстрый рост населения сопровождается все увеличивающимся дефицитом белка в питании (животного и растительного). Потребность в основных продуктах питания удваивается в среднем каждые 30 лет. Чтобы прокормить всех людей, которые будут жить после 2000 г., необходимо в 2 раза увеличить производство зерновых культур. Для этого нужно увеличить в 6,5 раз расходы на удобрения и в 6 раз на борьбу с вредителями, утроить расход энергии. Между тем уже сейчас на производство пищевых продуктов в мире затрачивается около 25 % всей вырабатываемой энергии. В связи с большой значимостью для человечества фонда почв должны быть приложены все усилия для его сохранения.



Современное состояние почвенного покрова определяется деятельностью человека. Ущерб, наносимый сегодня фонду почв, принял угрожающие размеры. Потеря верхнего слоя почвы – это "тихий кризис", который осознают далеко не все. В отличие от землетрясений, вулканических извержений или других стихийных бедствий этот катастрофический процесс разворачивается постепенно.

Основные причины утраты почвенного слоя.

1. Эрозия почвы. Под термином "эрозия" (от латинского erosia - разъединение) понимаются многообразные процессы разрушения и сноса почвенного покрова потоками воды или ветра (водная и ветровая). Толщина плодородного слоя обычно не превышает 20 см, на его образование природа затратила 2-3 тыс. лет. Человек в 100-1000 раз ускоряет процесс разрушения почвы. О масштабах эрозии можно судить по наносам крупнейших рек мира. Данные показывают, что ежегодно в океан реки выносят млрд т почвы. 1/4 потерянной почвы выносится в океан, 3/4 попадают в поймы рек, водохранилища, вызывают изменение их конфигурации. Водная эрозия преобладает в местах интенсивных дождей и при использовании дождевальных установок, ветровая характерна для районов с повышенными температурами, недостаточным увлажнением в сочетании с сильными ветрами. Ветровую эрозию называют пыльными бурями. В одних местах происходит выдувание почвы, в других – засыпание растений, накопление плодородной почвы в реках. Эрозия уносит вместе с водой и почвой биогенные элементы (P, N). Например, на Северном Кавказе местами выдут не только пахотный слой, но и материнская порода. Образуются "язвы выдувания" глубиной до 1,5 м и длиной до 10 м. В Ставрополье мощность снесенного слоя доходила до 6–10 см [14]. Человек своей техногенной деятельностью способствует эрозии почвы.

2. К разрушению почвы приводят неправильные методы земледелия: введение монокультур, когда они возделываются на одних и тех же полях. Нет севооборота и недостаточно возвращение в почву питательных веществ. 3. Нарушение правил агротехники: машинная деградация почвы (нарушение структуры пахотного слоя, смешивание его с подстилающей породой), распашка легко эродируемых почв, неправильная распашка склонов. Со склона идёт смыв почвы, поэтому пашут склоны поперёк.

4.Нарушение баланса воды в почвах. Деградация орошаемых земель. Нарушение водного режима приводит к перераспределению гумуса в структуре почвы и изменению её качественного состава. Результатом является вторичное засоление почв, заболачивание земель. Засоление происходит при накоплении в верхних слоях почвы вредных для растений солей (Na2CO3, MgCO3, CaCO3, Na2SO4, NaCl и др.) К нарушению баланса воды в почвах и ускоренной эрозии приводит вырубка лесов. Большие деревья с мощной корневой системой и растениями удерживают почву в прочной сети. После вырубки леса почва лишается защиты: талые и дождевые воды уносят частицы почвы в реки. Оголённые от леса обширные пространства становятся доступны сильным ветрам. Защитой от эрозии почв служат луга. Травянистые растения обладают хорошо развитой корневой системой.

5. Существует разновидность эрозии, вызванная выпасом скота: ускоренное поедание травы и выбивание почвы. Скот, содержащийся на ограниченном пространстве, полностью уничтожает растительный покров. В полупустынных и сухих степях чрезмерный выпас скота приводит к выбиванию дернины, ветровой эрозии и образованию барханов. “Техногенное опустынивание” – наиболее серьёзное проявление деградации земель, вызванное деятельностью человека и изменениями климата. Опустынивание составляет 7–10 млн га в год в мире. Оно может произойти за 3–4 года, а зарастание барханов длится 15–20 лет. Всё это приводит к передвижению песков и наступлению пустынь на степи, степи на саванны, саванны на тропические леса.

6. Загрязнение почвы. Если в атмосферу выбрасывается менее 1 млрд.тонн вредных веществ, в гидросферу около 15 млрд т загрязнителей,то на землю попадает ежегодно примерно 85–90 млрд т антропогенных отходов [2]. Наиболее опасны те токсичные терраполлютанты, которые могут попасть в питьевую воду или растения, служащие пищей для человека и сельскохозяйственных животных.

Главные источники загрязнений.

1. Бытовые отходы (отходы жизнедеятельности человека – остатки пищи, мусор и т. п.).

2. Твёрдые и жидкие отходы промышленных предприятий.

3. Атмосферные выпадения токсичных веществ (выбросы промышленных предприятий и транспорта, осаждающиеся на поверхность земли).

4. Сельскохозяйственные отходы и применяемые в агротехнике ядохимикаты.

Одна из серьёзных экологических проблем – твёрдые бытовые отходы (ТБО). В городах и крупных посёлках РФ каждый год образуется 140 млн м3 ТБО, т. е. почти по м3/год на каждого жителя. Избавиться от отходов можно несколькими способами:

- закопать (потребуются новые территории и значительные расходы на земельные работы, изоляцию и последующую рекультивацию;

- затопить (сохраняется опасность загрязнения гидросферы);

- сжечь (загрязняются атмосфера и гидросфера). Особую проблему при сжигании ТБО создают пластмассы. Доля пластмасс в отходах составляет 10–15 %. При разложении пластмасс выделяются диоксины, для которых ПДК = 5,1–10 мг/м3. Сжигание пластмасс только усиливает выделение диоксинов. Необходимо создать температуру более 820о С, чтобы разложить 98–99 % диоксинов. На Урале с высоко развитой промышленностью целесообразно сжигать пластики в высокотемпературных печах. Уже давно автопокрышки сжигают в цементных печах t = 1600о С, диоксины, фенолы и другие токсичные вещества обезвреживаются;

- утилизировать. Последний вариант предпочтителен, но он реален лишь для относительно небольшой части отходов и содержит немало технических, экономических и организационных трудностей. Пока в мировой практике не найдены простые и эффективные решения этого вопроса. Регенерация полимеров осложняется их несовместимостью. Строгая сортировка возможна лишь ручная, поэтому сбор и сортировка стоят дорого. Сейчас созданы системы, разделяющие материалы на основе различия инфракрасных спектров. С учётом всех затрат вторичное сырьё становится гораздо дороже исходного материала, поэтому в Европейском Союзе производители и потребители объединяют усилия по сбору и сортировке полимерных материалов.

При реализации проекта по переработке и утилизации ТБО важную роль играет менталитет населения. В ЮАР, например, повышена оплата пластиковых мешков. В США в магазинах установлены автоматы, спрессовывающие пластиковые бутылки с выдачей чека (5–10 центов за бутылку). Чек учитывается при оплате покупок. Лидирует по утилизации отходов Германия. При покупке напитков в пластиковых и жестяных банках введён залог (0,25 евро за 1,5 л и 0,5 евро при большей ёмкости). Залог возвращается при сдаче посуды. Интересные решения найдены и в России: в г. Соликамске реализуется проект производства пластико-песчаной черепицы из утилизированных пластиковых отходов.

Не меньшая проблема – отходы промышленного производства. Отходы содержат остатки от добычи сырья, его переработки, пришедшие в негодность оборудование и материалы. Накопление этих отходов наносит существенный урон почвенным экосистемам. Основной вред заключается в загрязнении почвы тяжёлыми металлами и их соединениями, изменении рН среды. Выбросы промышленных предприятий, загрязняющие атмосферу, осаждаются на земную поверхность. Главные поставщики таких отходов – развитые промышленные страны. Но это не означает, что все отходы образуются и накапливаются на их территории. В США, Японии существует отчётливая тенденция вытеснения наиболее “грязных” сырьёдобывающих и многоотходных технологий в другие, преимущественно в развивающиеся страны.

В 1999 г. Росгидрометом был проведен эколого-токсикологический анализ 34,4 млн га почв на содержание тяжелых металлов, выявлено 1,1 млн га загрязненных земель.

В табл. 6 выборочно приведены города России с различными категориями загрязнения почв металлами, в первоисточнике этих данных из 25 городов, приведённых в таблице, 12 города Свердловской области.

 

Таблица 6

Список городов России с различными категориями

загрязнения почв металлами [14]

 

Город Тяжёлый металл
Чрезвычайно опасная категория загрязнения
Норильск Ni, Cu
Опасная категория загрязнения
Кировоград Реж Zn, Pb, Cu, Cd, Ni, Cd, Co, Zn
Умеренно опасная категория загрязнения
Алапаевск Асбест Березовский Екатеринбург Нижний Тагил Первоуральск Ni, Cr, Zn, Cu Ni, Cr, Zn, Cu Zn, Pb Zn, Pb, Cu Cu, Pb, Zn Cu, Pb, Zn

 

В основном в борьбе с отходами применяются энергозатратные технологии: физико-химические, термические и др. Однако в последние годы наметился прорыв за счёт использования биотехнологий, требующих существенно меньших затрат.

· В Чехии в курортных районах для сохранения чистоты водоёмов пестициды и гербициды заменены “белыми скворцами”, успешно осуществляющими борьбу с вредными насекомыми.

· Для переработки органосодержащих отходов с получением ценных удобрений успешно используются красные калифорнийские черви.

· В прудах доочистки стоков нефтеперерабатывающих предприятий основным “чистильщиком” являются некоторые виды рыб.

· Широкое использование получили биоинженерные методы, основанные на использовании гидробионтов (микроорганизмы, водоросли, макрофиты – тростник обыкновенный, камыш озерный, рогоз узколистный) для удаления нефтепродуктов, тяжёлых металлов. Древняя эйхорния, высшая водная растительность, очищает природные водоемы и сточные воды от множества ингредиентов.

· Были найдены микроорганизмы, которые при определённых анаэробных условиях очищают стоки от соединений Cr(VI). Подобная технология внедрена в городе Запорожье.

· Работают над созданием бактерий, поедающий пластик. Это прогресс, но если такие бактерии вырвутся на свободу, то, что они съедят в окружающей среде, трудно предсказать.

Существенным фактором загрязнения среды является химизация сельского хозяйства. Даже минеральные удобрения при неправильном их применении способны наносить экологический ущерб. Высокие дозы азотных удобрений являются одной из причин накопления в растениях нитратов. Сами по себе нитраты не очень токсичны. Но под действием микрофлоры кишечника восстанавливаются в нитриты, которые во много раз токсичнее.

В 40-х годах прошлого столетия для уничтожения вредных (с точки зрения человека) организмов начали широко применять синтетические органические соединения – пестициды. В зависимости от объекта назначения их подразделяют на инсектициды (убивают насекомых), гербициды (уничтожают сорняки), фунгициды (средства против грибковых заболеваний) и др. Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе и людей. Все они биоциды– вещества, угрожающие различным формам живого. Пестициды оказались эффективным средством борьбы с насекомыми, что привело к резкому росту урожая, а также средством борьбы с переносчиками инфекционных заболеваний (сыпного тифа, малярии и т. п.). Однако вскоре стало очевидно, что их применение вызывает целый ряд проблем:

· приспособляемость и развитие устойчивости вредителей к применяемым препаратам;

· восстановление и вторичные вспышки численности вредителей, повышение их агрессивности;

· рост затрат на применение в возрастающих дозах всё новых и более дорогих пестицидов;

· отрицательное воздействие на природную среду и здоровье человека.

На рис. 12 приведена динамика роста мировых затрат на применение пестицидов

Рис. 12. Динамика применения пестицидов в мире (в млрд долл США) [17]

 

Спустя более полувека с начала применения пестицидов следует признать, что химическая война с вредителями сельского хозяйства практически полностью проиграна. Несмотря на много миллиардные затраты на производство и применение пестицидов, потери урожая от вредителей не уменьшились. Насекомые приспосабливаются к ядам гораздо быстрее, чем разрабатываются новые препараты. Устойчивость некоторых генетических модификаций вредителей в сотни раз выше, чем у исходных форм. Уже не существует эффективных средств против таких вредителей, как колорадский жук, капустная моль. В итоге люди не сумели защитить растения, не смогли полностью уничтожить ни одного вида вредоносных организмов, зато увеличили загрязнение почв и биосферы в целом. Новая стратегия защиты сельскохозяйственных культур должна исходить не из идеи уничтожения неугодных нам форм жизни, а из идеи контролируемого сосуществования с ними и сдерживания численности агрессивных видов.

Кроме воды, воздуха, почвы существуют ещё другие природные ресурсы также испытывающие воздействие со стороны человека.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Характеристика основных гидрополлютантов | Минеральные ресурсы

Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1940; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.012 сек.