Кафедра экологии и ЗОС УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС по дисциплине «Экологические аспекты естествознания»

Кафедра экологии и ЗОС
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
по дисциплине «Экологические аспекты естествознания»
для студентов специальности 050608 - Экология
Семей 2009 г.
ПЕРЕЧЕНЬ И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА ДИСЦИПЛИНЫ
1.Глоссарий
Антропогенез (от греч. antropos — человек, genos — рождение) – изменение
и саморазвитие природных объектов и явлений под воздействием
человеческой деятельности.
Антропогенное загрязнение – загрязнение окружающей среды,
возникающее в результате хозяйственной деятельности людей, в том числе
их прямого или косвенного влияния на состав и концентрацию природных
веществ, в результате выбросов антропогенных загрязнителей – веществ,
возникающих в процессе хозяйственной деятельности.
Антропосфера – это международное сообщество людей, на ранних стадиях
развития человечества состоящее из различных цивилизаций, но
неукоснительно преобразующихся в единую планетарную цивилизацию
землян, естественно развивающуюся в ограниченном пространстве планеты,
участвующую в круговороте веществ и энергии, совершенствующую
эколого-социальные ниши за счет развития техносферы и оптимизации
использования природных ресурсов, с учетом разработок мероприятий по
охране биоразнообразия, регенерации и санации техногеннонарушенных
открытых систем для обеспечения поступательного развития биологической
жизни на Земле.
Атмосфера – воздушная оболочка Земли, состоящая из совокупности
различных газов с включением жидких и твердых полидисперсий,
развивающаяся во времени и защищающая планету от прямого космического
воздействия, а также создающая среду для аэробных закрытых систем,
накапливающая продукты дыхания и фотосинтеза в результате аккумуляции
и трансформации энергии, продуцирования биомассы и круговорота
элементов и веществ, обеспечивая развитие органической жизни на Земле.
Биогеохимический круговорот (син. геохимический цикл биогенов,
биогеохимический цикл) — повторяющиеся перемещения и превращения
химических элементов (около 40) через косную и органическую природу при
активном участии живого вещества.
Биологический круговорот — круговорот химических элементов и
веществ, возникший одновременно с появлением жизни на Земле и
осуществляемый жизнедеятельностью организмов: поступление элементов из
почвы и атмосферы в живые организмы; превращение в них поступающих
элементов в новые сложные соединения и возвращение их в почву и
атмосферу (а также в воду) в процессе жизнедеятельности с ежегодным
опадом части органического вещества или полностью отмершими
организмами, входящими в состав биогеоценозов.
Биологические системы – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих живых элементов различной сложности от клеток до
экосистем; обладают свойствами целостности, относительной устойчивости
и адаптируемости к условиям внешней среды; относятся к открытым
2
системам, условием существования которых является обмен энергией,
веществом и информацией с внешней средой.
Биота – исторически сложившаяся совокупность всех живых организмов,
обитающих на какой-либо крупной территории. Биота Земли включает все
живые организмы, населяющие планету; их численность оценивается
величиной (1027 особей). Общая биомасса биоты в сухой массе
оценивается величиной (1,8-2,5) • 1012 т.
Борьба с эрозией почв (син.: защита почв от эрозии) – практическое
исполнение (внедрение) системы мер, представляющей комплекс защитных
средств и приемов, направленных на регулирование поверхностного стока и
скорости ветра, защиту почв от смыва, размыва и намыва, выдувания,
перевеивания, восстановление и повышение плодородия смытых и
дефлированных почв, вовлечение смытых и дефлированных бросовых земель
в рациональное хозяйственное использование.
Биосфера – это совокупность самоорганизующихся во времени и
взаимодействующих в ограниченном пространстве планеты природных
систем, способных аккумулировать в процессах фотосинтеза солнечную
энергию и биомассу, создавая круговорот энергии и веществ, обеспечивая
развитие жизни на Земле.
Вторичное загрязнение — образование (синтез) опасных загрязнителей,
называемых вторичными загрязнителями, в ходе физико-химических
процессов, происходящих в загрязненной среде.
Вторичное засоление — процесс накопления солей в почвах, происходящий
под влиянием неправильного использования орошаемых почв или
прилегающих к орошаемым, а также в результате изменения водно-солевого
баланса, ранее регулируемого естественным путем, например, на пойменных
землях после зарегулирования речного стока.
Геосфера – многослойная оболочка Земли, которую обычно подразделяют на
литосферу, гидросферу и атмосферу (в простом понимании). Под геосферами
подразумевают «...более или менее правильные концентрические слои,
охватывающие всю планету, меняющиеся с глубиной, в вертикальном
разрезе планеты, и отличающиеся друг от друга характерными для каждой,
только ей свойственными, особыми физическими, химическими и
биологическими свойствами» (В.И. Вернадский).
Гидросфера – водный слой планеты, состоящий из совокупности вод
мирового океана, атмосферы, педосферы, литосферы, ледников суши, озер,
рек, находящихся в ограниченном пространстве и являющихся средой для
закрытых природных систем, участвующих в глобальных процессах
аккумуляции и трансформации энергии и круговороте веществ, обеспечивая
развитие органической жизни на Земле.
Глобальная экология – комплексная научная дисциплина, изучающая
биосферу в целом; основная задача которой состоит в разработке прогнозов
возможных изменений биосферы под влиянием деятельности человека.
Деградация почв — процесс ухудшения и разрушения почв в результате
негативного воздействия человека на почвы (или условия почвообразования)
3
при неправильном их использовании и необеспеченности мер по охране
почвенного покрова и плодородия.
Дегумификация почв — потеря почвой гумуса по разным причинам, к
основной из которых относится изменение естественного хода
почвообразования с освоением целинных почв и пастбищ под земледелие без
применения специальных мероприятий по поддержанию гумусового
состояния почв.
Денитрификация – анаэробное
дыхание, естественный процесс
восстановления денитрифицирующими бактериями нитратов и нитритов до
аммиака и газообразного азота, что приводит к обеднению почвы, снижению
ее плодородия и необходимости внесения удобрений.
Живое вещество – совокупность масс живых организмов, населяющих
Землю, вне зависимости от их систематической принадлежности.
Литосфера – твердый слой земной коры и мантии, состоящий из
совокупности магматических, осадочных и метаморфических пород
различных геологических эпох и периодов, явившихся материальной основой
для синтезирующих процессов зарождения закрытых природных систем, с
которыми
они
взаимодействуют
в
ограниченном
пространстве
планеты, совместно участвуя в геохимических круговоротах энергии и
веществ, обеспечивая развитие во времени органической жизни на Земле.
Миграция (химических элементов) — перемещение химических
соединений в пределах ландшафта.
Микробная трансформация (загрязняющих веществ) — изменение
молекулярной структуры токсичных органических соединений в результате
активности микроорганизмов.
Минерализация — распад органического вещества до образования простых
неорганических веществ: воды, двуокиси углерода и гидритов, окисей или
минеральных солей любых других присутствующих в органике элементов.
Основными организмами, обеспечивающими М. органики, являются
редуценты, а среди них микроорганизмы и грибы.
Окружающая (человека) среда (син. среда обитания) – часть природной
среды, от которой непосредственно зависят условия существования человека
и на которую он воздействует прямо или опосредованно. Включает все тела и
явления, с которыми человек находится в прямых или косвенных
взаимоотношениях.
Опустынивание (син.: аридизация) 1. Одно из проявлений деградации
земель, истощение наземных экосистем в результате деятельности человека
(уменьшение биомассы, продуктивности, видового разнообразия). О.
подвержены засушливые земли. 2. Процесс, приводящий к потере
природным комплексом (экосистемой) сплошного растительного покрова с
дальнейшей невозможностью его восстановления без участия человека.
Происходит, как правило, в засушливых областях в результате действия
природных, а также (главным образом) антропогенных факторов (например,
неумеренная эксплуатация пастбищ, чрезмерное развитие дорожной сети).
4
Охрана окружающей среды – комплекс международных, региональных,
государственных и локальных мероприятий, включая административные,
политические, технологические, социальные, юридические и общественные,
направленные на сохранение в необходимом объеме естественной биоты на
земле, обеспечивающей устойчивость окружающей среды.
Природная среда – часть природы, не испытывающая непосредственного
воздействия со стороны человека. Характеристики ее определяются
биотическими и естественными абиотическими факторами. К последним
относятся климат, свет, атмосферные осадки, геофизическая цикличность и
др.
Природная зональность (син.: ландшафтная зональность, географическая
зональность, широтная зональность) — одна из основных географических
закономерностей, выражающаяся в последовательной, географически
обусловленной смене типов природных комплексов (ландшафтов, геосистем,
экосистем) и компонентов природной среды (климат, четвертичные
отложения, коры выветривания, почвы, растительность, животный мир,
поверхностные и подземные воды) по широтному градиенту.
Рациональное
использование (земель) – обеспечение всеми
землепользователями в процессе производства максимального эффекта в
осуществлении целей землепользования с учетом охраны земель и
оптимального взаимодействия с природными факторами.
Техносфера – это совокупность строительных сооружений и технических
конструкций, средств передвижения и производства, приборов и механизмов,
создаваемых в определенное время и находящихся в ограниченном
пространстве, облегчающих труд человека в борьбе за выживание,
взаимодействующих с природными системами, участвующих в процессах
трансформации энергии и круговорота веществ, влияющих на развитие
органической жизни на Земле.
Техногенез (от греч. techne — искусство, мастерство и genesis —
возникновение, происхождение) – процесс изменения природных комплексов
и биогеоценозов под воздействием производственной деятельности человека.
Техносфера – это совокупность строительных сооружений и технических
конструкций, средств передвижения и производства, приборов и механизмов,
создаваемых в определенное время и находящихся в ограниченном
пространстве, облегчающих труд человека в борьбе за выживание,
взаимодействующих с природными системами, участвующих в процессах
трансформации энергии и круговорота веществ, влияющих на развитие
органической жизни на Земле.
Экологическая проблема — любые явления, связанные с заметными
воздействиями человека на природу, обратными влияниями природы
на человека и его экономику, с жизненно и хозяйственно значимыми
процессами, обусловленными естественными причинами.
5
2. Тезисы лекционных занятий
Лекция № 1-2. Окружающая среда как сфера обитания и
производственной деятельности человека.
Цель: дать представление об окружающей среде как сфере обитания и
производственной деятельности человека, изучить основные компоненты
окружающей среды
План
1. Понятие об окружающей среде (ОС). Компоненты ОС.
2. Физические компоненты ОС (природные и созданные человеком).
3. Социально-экономические компоненты ОС.
4. Человек как компонент ОС.
5. Взаимосвязь компонентов ОС.
6. Взаимодействие человека с природной средой в производстве. Изменение
ОС человеком в процессе производства.
Краткий конспект лекции № 1-2
В связи с новыми требованиями жизни и все большим поворотом науки
к проблемам управления природой сейчас необходимы интегральные знания
об окружающей среде в целом и месте человека и его деятельности в ней.
Но теоретические основы взаимоотношения человека и природной среды
только начинают разрабатываться. И именно они являются предметом
изучения нового интегрального научного направления «Учение об
окружающей среде».
Экология – междисциплинарная наука, изучающая среду обитания
организмов и взаимоотношения их между собой и средой. Такое ее
определение включает все аспекты окружающей среды, в том числе и такой
компонент, как «человек-среда». Но классическая экология не занимается
социально-экономическими аспектами среды существования человека,
например, влиянием образования или торговли на человека. Все
экологические законы и правила были сформулированы на основе
наблюдений за животными и растительными организмами. Человеческое
общество имеет социальную специфику (мы объединены в определенные
группы), поэтому невозможно прямое перенесение экологических принципов
и концепций на человеческую популяцию. Человек как биологический
организм подчиняется общебиологическим законам, но он и член
человеческого общества, которое имеет свои особые законы существования.
Поэтому хотя и экология является синтетической наукой о среде
обитания организмов, она не является интегральным учением в отношении
окружающей среды человека.
Учение об ОС является дальнейшим развитием экологии. Оно
сложилось на стыке естественноисторических (экология, биология,
география) и социально-экономических наук. Учение об ОС существенно
6
глубже и шире классической экологии. Оно в точности соответствует
английскому «environmental science» (энвайронментология). Нельзя в
отдельности изучать природную и социальную системы, поскольку есть
единая социально-экологическая система. Нельзя в настоящее время
рассматривать научно-техническую сторону глобальных проблем без их
взаимосвязи с социальными вопросами. Именно на этом строится
современная концепция устойчивого развития.
Понятие об ОС очень широкое и простое. Это все то, что окружает
человека и взаимодействует с ним тем или иным способом, это среда
обитания человека (как индивидуума, как общества, как человечества в
целом), включающая физические природные и искусственно созданные
факторы, а также социально-экономические и психологические факторы.
Таким образом, рассмотрев предмет дисциплины и основные ее
понятия, можно сформулировать цель изучения «Учения об ОС» исследовать среду и условия существования человека, выявить особенности
сложной поликомпонентной системы «человек-окружающая среда».
Среди физических компонентов выделяют две существенно
различающиеся по своей роли группы – природные и искусственно
созданные.
Природные физические компоненты связаны с положением планеты в
космосе, определяются общепланетарными факторами, а также исторически
сложившимся способом производства.
Географическое положение местности связано с геологическими
структурами, рельефом, степенью расчлененности земной поверхности.
Например, высокий фон загрязнения атмосферы в городах Алматы и УстьКаменогорске во многом связан с приземными инверсиями температуры
воздуха и штилевым режимом ветров в условиях котловинного рельефа
столицы и этого административного центра Казахстана.
Устройство земной поверхности
(низменности или холмистые
равнины, горные районы) также имеет существенное значение для
взаимодействия человека со средой, т.к. это либо способствует, либо
препятствует земледелию, животноводству и т.д.
Климат местности связан с поступлением солнечной энергии на
земную поверхность, обусловлен характером циркуляции воздушных масс,
балансом тепла и влаги, динамикой атмосферного давления и другими
метеорологическими элементами. Климат оказывает самое существенное
влияние на человека и его деятельность. Экстремальный климат (холодный
или жаркий, влажный или сухой) не является благоприятным для
производственной деятельности (отрицательное воздействие на здоровье, на
сельское хозяйство).
Минеральные и энергетические ресурсы оказывают существенное
влияние на человеческое общество в связи с неравномерным
распределением. Бедные минеральными ресурсами страны вынуждены
покупать их у богатых. В целом экономический рост страны во многом
определяется наличием тех или иных природных ресурсов. Но возможность и
7
эффективность использования имеющихся минеральных и энергетических
ресурсов зависит от степени социально-экономического развития. В наше
время энергетический ресурс страны выходит практически на первый план,
так как от энергетики напрямую зависит современное производство.
Воздух, почва, вода, животные и растения также являются важными
компонентами ОС, роль которых в жизнедеятельности людей многообразна.
Природные процессы и явления (вулканизм, землетрясения, оползни,
цунами и др.) также оказывают влияние на человека и его жизнедеятельность
и зачастую носят катастрофический характер. Такие атмосферные явления,
как солнечная радиация, термические процессы и др. широко используются
человеком.
Сейчас человек повсеместно изменяет и широко использует названные
физические компоненты ОС, поэтому важно выделять среди них измененные
и неизмененные (целинная почва – пахотная почва, лес – парк, болото –
осушенные земли и т.д.). Степень изменения природных физических
компонентов ОС непрерывно возрастает (эрозия почвенного покрова,
уничтожение лесных массивов), многие из них заменяются искусственно
созданными человеком компонентами.
Созданные человеком физические компоненты – это огромное
количество материальных тел, процессов и явлений, созданных человеком и
являющихся искусственными по отношению к природе (карандаш, самолет,
искусственные химические вещества, производственные помещения, дома и
мн. др., а также искусственно создаваемые параметры влажности, давления,
электрических и магнитных полей в жилых помещениях). Из 6 млн.
созданных соединений человек практически использует порядка 0,5 млн., из
них 40 тыс. обладают вредными свойствами, а 12 тыс. токсичны.
Человек существует не только в физической среде своего обитания, но
и в среде социальной, постоянно обмениваясь энергией, информацией,
материальными телами с другими членами человеческого общества. Это
определяется социально-экономическими компонентами ОС. Определяющим
социально-экономическим фактором является способ производства, т.е.
уровень развития средств производства и производственных отношений.
Если рассматривать страны мира по отдельности, то можно обнаружить
самые различные ситуации – от сверхблагополучной для большинства
населения, как в Швейцарии или Швеции, до трагической, как в Руанде,
Бурунди и Сомали.
Что такое бедность с точки зрения окружающей человека среды, его
экологии как организма, его места в системе человеческого общества? Это
голод, недоедание, отсутствие экологически сбалансированного обмена
веществ, возможности поддерживать нормальный температурный режим
(одежда, жилье), соответствующих санитарно-гигиенических условий и др.
Процент населения, живущего ниже уровня бедности (менее чем на 1
доллар в день), в развивающихся странах достигает 1,3 млрд. человек.
Важнейшим социальным показателем служит уровень валового
национального продукта (ВНП) на душу населения. Огромный разрыв в
8
душевом ВНП между 29 беднейшими африканскими странами и 18 наиболее
развитыми странами характеризуется коэффициентом 81,6, а между страной
с самым высоким душевым показателем (Швейцария — 29 880 долл. на душу
населения в год) и самым низким (Эфиопия — 120 долл.) составляет 249 раз!
Приведенные данные относятся к концу 20 в. Указанный разрыв в начале 21
века не сокращается, а растет.
Многие развивающиеся страны уже давно разрушили естественные
экосистемы на своих территориях. Так, в Бангладеш таких территорий не
осталось совсем, в Индии они составляют 1% площади страны, в Пакистане
— 4 %, в Таиланде — 7%, в Малайзии — 8%, а в Китае — 20%, но в этой
стране все нетронутые территории — пустыни и Тибетское плато —
характеризуются крайне низкой биологической продуктивностью. В таких
странах идет борьба за земельные и водные компоненты ОС.
В развивающихся странах идет варварское уничтожение лесов,
особенно в Амазонии, в Тропической Африке и Юго-Восточной Азии.
Продолжают уничтожать леса и те страны, где естественных экосистем
осталось ничтожно мало. Так, в 1980-х гг. обезлесение шло со скоростью (в
тыс. га в год): в Бангладеш — 8, Пакистане — 9, Индии — 147, Малайзии —
255, Таиланде — 379, Индонезии — 620. Быстрее всего уничтожение лесов
происходит в Аргентине — 1550 и Бразилии — 2323 тыс. га в год.
В большинстве развивающихся стран вырубка лесов ведется не для
производства товарного леса, а в основном для бытовых нужд —
приготовления пищи и обогрева. Сжигание дров, хвороста, навоза для
приготовления пищи и обогрева в примитивных печах ведет к сильному
загрязнению внутри помещений, от которого страдают от 400 до 700 млн.
жителей развивающихся стран.
Таким образом, нищета и социальные проблемы, с одной стороны, и
нарушения компонентов ОС — с другой, тесно связаны между собой: первые
порождают вторые, а вторые порождают и углубляют первые.
Одной из важных проблем, вызывающих социальную напряженность,
служит постепенно нарастающая безработица, уровень которой, хотя и
различается от страны к стране, постоянно растет, что связано с развитием
автоматизации и информатизации производственных процессов, сферы услуг
и управления, с перемещением производств в страны с меньшими
издержками. Особое место в ряду социальных факторов ОС имеют
образование и информация. Современная цивилизация не смогла решить
вопроса всеобщего начального образования. Так как бедность и голод
географически привязаны к Африке, Азии и Южной Америке, то очевидно,
что неграмотность также характерна для этих регионов.
Стрессированность, скученность, напряженный ритм жизни в странах
Запада порождают бытовую и политическую агрессивность, служат одними
из стимулов развития наркомании, алкоголизма, преступности, терроризма.
Таким образом, в развитых странах социальные компоненты имеют иные
черты, чем в развивающихся. Здесь на передний план выходят не нищета и
голод, а другие социальные проблемы.
9
В целом социально-экономическая среда как компонент ОС очень
сложная система, здесь мы охарактеризовали лишь некоторые факты и
явления.
С появлением человеческого общества человек сам стал компонентом
ОС, влияя на других членов общества и испытывая обратное воздействие.
Если другие люди составляют ОС для отдельно взятого человека, то сам он
является элементом ОС для других людей. Это влияние многообразно и
может быть как непосредственным (телесное наказание, ранение в ходе
войны, психологическое воздействие), так и опосредованным (через
производство).
Единство человека как компонента и объекта ОС весьма сложное:
человек зависит от среды своего обитания, влияет на нее, управляет ею и сам
является ее компонентом. Человек в отличие от животного мира сам
приспосабливает ОС к своим потребностям, воздействуя на нее в силу своей
технической оснащенности.
Описанные выше природная физическая среда, искусственно созданная
физическая среда, социально-экономическая среда и сам человек тесно
взаимосвязаны
прямыми
и
обратными,
непосредственными
и
опосредованными связями. Количество разнообразных комбинаций связей в
этой системе бесконечно, т.к. это сложная многокомпонентная система.
Например, искусственная среда может влиять на человека непосредственно
(прямое радиоактивное облучение), через другие природные процессы и
явления (выпадение радиоактивных осадков), одним образом в тропиках и
другим – в умеренном климате. Важнейшее значение здесь имеет
опосредование через социально-экономические условия: под влиянием
различных систем охраны труда, ТБ, различных экономических условий
влияние искусственных продуктов на человека будет существенно
отличаться.
Лекция № 3. Понятие о географическом пространстве.
Цель: дать представление о географическом пространстве, рассмотреть
краткие сведения о Солнечной системе, размерах и внутреннем строении
Земли, изучить основные теории происхождения планеты
План
1. Земля в Солнечной системе. Краткие сведения о Солнечной системе.
2. Происхождение Земли. Основные теории.
3. Размеры и внутреннее строение Земли.
Краткий конспект лекции № 3
Наша Галактика (одна из сотен миллионов) – часть бесконечной
Вселенной – насчитывает 150 млрд. звезд. Солнечная система состоит из
центрального тела Солнца, вокруг которого движутся 8 больших планет со
спутниками, свыше 1000 малых планет и около 100 периодических комет.
Все планеты можно подразделить на 2 группы, резко различные по своим
физико-химическим свойствам: планеты земного типа (Меркурий, Венера,
Земля, Марс) и удаленные от Солнца (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).
10
В августе 2006 г. девятая планета – Плутон решением Международного
астрономического союза отнесена к карликовым планетам (ее диаметр 3000
км) и ей присвоен официальный астероидный номер 134340.
Людей с древности волновали вопросы происхождения Земли и
Вселенной. Согласно Птоломею, Солнечная система геоцентрична. Коперник
в 16 в. обосновал гелиоцентрическую модель. Его последователями стали
Бруно, Галилей, Ньютон.
Первая научная гипотеза о происхождении Солнечной системы и
Вселенной
принадлежит Канту, который отмечал, что исходный
раскаленный материал находился в виде определенных «частиц». Лаплас,
независимо от Канта, высказал гипотезу о происхождении Солнечной
системы из первичного хаоса, считая, что исходная материя была в
разреженном состоянии. Это первые ученые, объясняющие происхождение
Солнечной системы под воздействием естественных сил, без вмешательства
Бога.
Большой интерес представляют следующие теории.
О.Ю. Шмидт предполагал образование Земли и других планет из
межзвездной холодной метеоритной пыли, захваченной полем тяготения
Солнца. Земля возникла путем постепенного «сбора» твердых частиц –
метеоритов. Но скорее всего, сами метеориты образовались в результате
распада какой-либо планеты, а облако межзвездной материи первоначально
было все же газовым, а не метеоритным. Данная теория не отвечает на
вопрос, как произошло образование самого Солнца.
В.Г. Фесенков считал, что возраст Солнца близок к астрономическому
возрасту Земли, т.е. они (а также другие планеты) возникли одновременно.
Их источником стала некая газово-пылевая туманность, внутренние части
уплотнения которой послужили материалом для образования Солнца,
внешние – планет. Земля образовалась сразу во всей массе, а не собиралась
из отдельных кусочков. К сожалению, данная теория не объясняет
происхождение силы, отодвинувшей планеты на огромное расстояние от
Солнца.
Современные взгляды убеждают в том, что Земля и другие планеты
возникли не сразу, а постепенно в разные периоды существования
Вселенной. Вероятно, первоначально Земля не имела верхнего слоя – земной
коры, которая появилась позднее в результате дегазации и выплавления
вещества мантии. Рост Земли происходил постепенно: более глубокие слои
древнее верхних; гидросфера и атмосфера вторичны.
Однако необходимо отметить, что строго научно обоснованной
концепции происхождения Вселенной не выработано до сих пор, отдельные
гипотезы рассматривают лишь часть вопросов данной сложной проблемы.
Глубинное внутреннее строение Земли изучается косвенными
методами, в основном комплексом геофизических методов. Рассмотрим
основные из них.
1. Сейсмический метод (греч. сейсмос - трясение) опирается на явление
возникновения и распространения упругих колебаний (или сейсмических
11
волн) в различных средах. Упругие колебания возникают в Земле при
землетрясениях, падениях метеоритов или взрывах и начинают
распространяться с разной скоростью от очага их возникновения (очага
землетрясения) до поверхности Земли. Выделяют два типа сейсмических
волн: продольные P-волны (самые быстрые), проходят через все среды твердые и жидкие; поперечные S-волны, более медленные и проходят только
через твердые среды.
Сейсмические волны при землетрясениях возникают на глубинах от 10
км до 700 км. Скорость сейсмических волн зависит от упругих свойств и
плотности горных пород, которые они пересекают. Достигая поверхности
Земли, они как бы просвечивают ее и дают представление о той среде,
которую пересекли. Изменение скоростей дает представление о
неоднородности и расслоенности Земли. Кроме изменения скоростей,
сейсмические волны испытывают преломление, проходя через неоднородные
слои или отражение от поверхности, разделяющей слои.
2. Гравиметрический метод основан на изучении ускорения силы
тяжести g, которое зависит не только от географической широты, но и от
плотности вещества Земли. На основании изучения этого параметра
установлена неоднородность в распределении плотности в разных частях
Земли.
3.Магнитометрический метод основан на изучении магнитных
свойств вещества Земли. Многочисленные измерения показали, что
различные горные породы отличаются друг от друга по магнитным
свойствам. Это приводит к образованию участков с неоднородными
магнитными свойствами, которые позволяют судить о строении Земли.
Литосфера (греч. литос - камень) - внешняя твердая сфера Земли,
включающая земную кору и наружную жесткую часть верхней мантии.
Земная кора от верхней мантии отделяется поверхностью Мохо. При
переходе этой границы раздела скорость сейсмических волн возрастает
скачком с 6,7-7,6 до 7,9-8,2 км/с. Это явление обнаружил в 1926 г.
югославский геолог А. Мохоровичич.
Литосфера подстилает атмосферу и в значительной мере скрывается
гидросферой, которая в той или иной форме проникает в ее различные
горизонты, нередко образуя там значительные скопления подземных вод.
Земная кора под океанами имеет мощность около 5-10 км. Мощность
ее на материках под равнинами составляет 35-45 км, а в горных областях около 70 км.
Объем земной коры составляет приблизительно 10,2х1018 м3, масса 28х1021 кг.
В строении материковой земной коры выделяются три слоя (таблица
1). Верхний из них представлен осадочными породами, а средний условно
называется
гранитным
(по
преобладающей
распространенности
магматических пород кислого состава). Нижний слой материковой земной
коры считается базальтовым (состоящий преимущественно из габбро). В
12
океанической земной коре отмечаются только базальтовый слой и сильно
редуцированный осадочный чехол.
Таблица 1 - Подслои земной коры (Г.А. Богдановский, 1994)
Слой земной
Глубина нижней
Объем,
Масса,
18 3
коры
границы, км
10 м
1021 кг
Осадочный
20
1
2,5
Гранитный
40
3,6
10
Базальтовый
60
5,6
16
Лекция № 4-5. Биосфера и географическая оболочка.
Цель: изучить строение, структуру и закономерности развития оболочек
Земли, роль биосферы в природе и обществе, рассмотреть понятия ландшафт,
экосистема, географическая оболочка.
План
1. Строение, структура и закономерности развития литосферы, атмосферы,
гидросферы, педосферы.
2. Биосфера и ее роль в природе и жизнедеятельности общества.
3. Ландшафт и экосистема. Географическая (ландшафтная) оболочка Земли.
Краткий конспект лекции № 4-5
Литосфера — это верхняя твердая оболочка Земли, имеющая большую
прочность и переходящая в нижележащую астеносферу, прочность которой
относительно мала. Она включает земную кору и верхнюю мантию до глубин
порядка 200 км. Земная кора – наиболее неоднородная твердая оболочка
Земли, сложенная различными породами. В настоящее время земной корой
принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше
сейсмической границы Мохо.
Атмосфера — наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с
космическим пространством. Она насквозь пронизывается мощной
радиацией Солнца, которое определяет тепловой режим поверхности
планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию
атомов.
Химический состав атмосферы (для сухого воздуха) содержит по
массе: азота — 75,5%; кислорода — 23,2; аргона — 1,28; углекислого газа —
0,046; озона — 3,6-10 5 % и т.д. Несмотря на ничтожное количество двуокиси
углерода (углекислого газа), небольшое его увеличение приводит к
парниковому эффекту — опасному повышению температуры Земли.
Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон О3.
Основная масса озона располагается на высоте от 10 до 50 км с максимальной концентрацией на высотах от 20 до 25 км. Озоновый слой имеет
исключительное значение для сохранения жизни на Земле.
Гидросфера — водная оболочка Земли. Она находится в виде паров и
облаков в земной атмосфере, формирует океаны и моря, существует в
замороженном состоянии в высокогорных районах в виде мощных ледяных
панцирей, покрывающих полярные участки суши. Атмосферные осадки
проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды.
Подавляющая часть массы природных вод (94%) слагает Мировой океан
13
объемом 1,37 млрд. км3. Подземные воды составляют 4% от общего объема
воды, ледники — 1,7; речные воды — 10-4, озера — 0,02; пары атмосферы —
10-3 %.
Педосфера – это почвенный слой Земли, состоящий из совокупности
полидисперсий
кристалло-высокомолекулярного
строения,
живых
организмов, газов и растворов, функционирующих как единое биокосное
тело в ограниченном пространстве планеты, аккумулирующее энергию в
элементоорганической и минеральной массе, которая трансформируется,
участвуя во времени в круговороте веществ, обеспечивая развитие
органической жизни на Земле.
Биосфера — это та область Земли, которая охвачена влиянием живого
вещества; наиболее крупная экосистема планеты, поддерживающая
глобальный круговорот веществ.
Современная жизнь распространена в верхней части земной коры
(литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в
водной оболочке Земли (гидросфере).
Вглубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние.
В литосфере жизнь ограничивает, прежде всего, температура горных пород и
подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5—
15 км уже превышает 100 °С. В нефтяных месторождениях на глубине 2—2,5
км бактерии регистрируются в значительном количестве. В океане жизнь
распространена на всех глубинах и встречается даже на дне океанических
впадин в 10—11 км от поверхности.
Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием с
высотой ультрафиолетовой радиации. На высоте 25-27 км большую часть
ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь тонкий
слой озона — озоновый экран. Все живое, поднимающееся выше защитного
слоя озона, погибает. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты
20—22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1 —1,5
км. В горах граница распространения наземной жизни около 6 км над
уровнем моря.
Классификации природных систем биосферы базируются на
ландшафтном подходе, так как экосистемы — неотъемлемая часть
природных географических ландшафтов, образующих географическую
(ландшафтную) оболочку Земли. Биогеоценозы (экосистемы) образуют на
поверхности Земли так называемую биогеосферу, являющуюся основой
биосферы, которую В.И. Вернадский называл «пленкой жизни», а В.Н. Сукачев — «биогеоценотическим покровом».
«Биогеоценотический покров» В. Н. Сукачева — это не что иное, как
ряд природных экосистем, представляющих собой пространственные
(хорологические) единицы (части, элементы) биосферы. Эти единицы, как
правило, совпадают своими границами с ландшафтными элементами
географической оболочки Земли.
Ландшафт — природный географический комплекс, в котором все
основные компоненты (верхние горизонты литосферы, рельеф, климат, воды,
14
почвы, биота) находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по
условиям развития единую систему.
Ландшафтный подход в экологии имеет, прежде всего, большое
значение для целей природопользования. По происхождению выделяют два
основных типа ландшафтов — природный и антропогенный.
Природный ландшафт формируется исключительно под влиянием
природных факторов и не преобразован хозяйственной деятельностью
человека. Изначально выделяли следующие природные ландшафты:
— геохимический — обозначает участок, выделенный на основе единства
состава и количества химических элементов и соединений. Интенсивность их
накопления в ландшафте или, напротив, скорость самоочищения ландшафта
могут служить показателями его устойчивости по отношению к антропогенным воздействиям;
—
элементарный ландшафт обозначает участок, сложенный определенными породами, находящимися на одном элементе рельефа, в равных
условиях залегания грунтовых вод, с одинаковым характером растительных
ассоциаций и одним типом почв;
—
охраняемый ландшафт, на котором в установленном порядке
регламентированы или запрещены все или отдельные виды хозяйственной
деятельности.
Однако, как считают многие ученые, сейчас на суше преобладают
антропогенные ландшафты или, во всяком случае, по распространенности
они равны природным.
Антропогенный ландшафт — это преобразованный хозяйственной
деятельностью бывший природный ландшафт настолько, что изменена связь
природных компонентов. Сюда относятся ландшафты:
— агрокультурный (сельскохозяйственный) — растительность которого в
значительной степени заменена посевами и посадками сельскохозяйственных
и садовых культур;
—
техногенный,
структура
которого
обусловлена
техногенной
деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических
средств (нарушение земель, загрязнение промышленными выбросами и т. п.);
сюда же входит ландшафт индустриальный, образующийся в результате
воздействия на среду крупных промышленных комплексов;
— городской (урбанистический) — с постройками, улицами и парками.
Границы географической (ландшафтной) оболочки Земли совпадают с
границами биосферы, но поскольку в географическую оболочку входят и
участки, где нет жизни, можно условно принимать, что биосфера входит в ее
состав. Фактически же — это неразрывное единство, о чем свидетельствует и
ландшафтный подход при выделении типов природных экосистем.
Лекция № 6. Основные черты устройства земной поверхности.
Цель: рассмотреть понятие «устройство земной поверхности», изучить
основные черты равнин, горных территорий и др. и основные экологические
следствия различного устройства земной поверхности.
15
План
1. Понятие об устройстве земной поверхности.
2. Основные черты равнин, горных областей и др.
3. Экологические следствия различного устройства земной поверхности.
Краткий конспект лекции № 6
Поверхность Земли – это ее лицо, обращенное в космос. Космические
исследования показали, что черты земного лика не только неповторимы, но и
не имеют сколько-нибудь подобных себе во всей Солнечной системе.
Для природы земной поверхности имеет значение ее астрономическое
положение:
1) благодаря тому, что в центре нашей планетной системы находится
одинарная звезда Солнце, орбитальное и осевое движение Земли равномерно,
поэтому все природные процессы на Земле ритмичны, их колебания не
выходят за критические для жизни пределы;
2) так как Земля образована в ближайшей к Солнцу части
протопланетного облака, она состоит из тяжелых элементов,
обеспечивающих ее высокую плотность;
3) определенное влияние на природу поверхности Земли оказывает
Луна: на Земле, как части двойной планеты, образуется приливная волна,
хорошо видимая в океанах, но существующая также и во внутренних сферах
Земли;
4) приливное трение постепенно замедляет вращение Земли, и это, как
допускают некоторые теории, проявляется в движениях земной коры.
Земная поверхность крайне неровная. На ней выделяются суша и океан.
В их пределах имеются горные цепи и океанические впадины, обширные
равнины и подводные плато, низменности, балки, рытвины и др.
Совокупность неровностей земной поверхности называется рельефом. От
него зависят внешние очертания земной поверхности. Основные формы
рельефа суши – равнины и горы – образовались в результате геологических
процессов, которые на протяжении всей истории формировали лик Земли.
Многочисленные и разнообразные более мелкие формы рельефа – долины,
террасы, осыпи, моренные возвышенности, карстовые провалы и др. По
типам и формам рельефа можно судить о строении недр, что способствует
поиску полезных ископаемых, разрешению вопросов водоснабжения
населенных пунктов и предприятий и др.
Рельеф играет большую роль в формировании ландшафта, от него
зависят характер стока, климата, распределение растительного покрова.
Особенно велика роль естественного рельефа земной поверхности в
производстве и сельском хозяйстве. Сейчас резко возросли и продолжают
возрастать возможности технического воздействия на рельеф. Тем не менее
рельеф нередко ставит непреодолимые преграды для осуществления
экономически заманчивых проектов.
Лекция № 7-8. Круговорот веществ и энергии в природе.
16
Цель: рассмотреть понятие «круговорот веществ и энергии», изучить
круговороты газообразных веществ и осадочный цикл
1. Понятие о круговороте веществ и энергии.
2. Круговорот газообразных веществ и осадочный цикл.
3. Взаимосвязь и регуляция основных биогеохимических циклов в биосфере.
4. Энергетический баланс биосферы.
Краткий конспект лекции № 7-8
Круговорот веществ - это перемещения и превращения химических
элементов через косную и органическую природу при активном участии
живого вещества. Все химические элементы циркулируют в биосфере по
определенным путям: из внешней среды в организмы и из них опять во
внешнюю среду. Эти пути, в большей или меньшей степени замкнутые,
называются биогеохимическими циклам.
В каждом биогеохимическом цикле (т.е. для каждого отдельного
элемента) можно выделить два фонда.
1. Резервный - большая масса медленно движущихся веществ, содержащих
данный элемент, в основном в составе абиотического компонента. На рис. 1
этот фонд обозначен буквой Э в кружке. Фонд размещен за пределами живых
организмов, во внешней среде. Резервный фонд иногда называют
недоступным
2. Обменный (подвижный) - меньший фонд, но более активный. Для него
характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным
окружением. Обменный циркулирующий фонд – доступный. На рис. 1 он
представлен пищевой цепью и стрелками от резервного фонда.
Рис. 1. Резервный и обменный
фонды элемента (Ю. Одум, 1986)
E-энергия; Q - теплота; А автотрофы; Г-гетеротрофы; 1 поступление
веществ,
иммиграция организмов; 2 экспорт
веществ,
эмиграция
организмов
По склонности химических элементов образовывать соединения того
или иного типа в условиях Земли выделяют биогеохимические циклы
нескольких типов (таблица 2).
Таблица 2 - Три типа биогеохимических циклов
Биогеохимические циклы
Осадочные циклы
Циклы газообразных
Циклы ТМ
веществ
с резервным фондом в
с резервным фондом в
в связи с особой ролью,
земной коре
атмосфере или
которую играют в
(Р, Fe, Ca)
гидросфере
биосфере
(C, N, S, O)
(Zn, Cd, Hg)
17
Циклы газообразных веществ с их громадными атмосферными
фондами можно считать в глобальном масштабе «хорошо забуференными»,
т.к. их способность возвращаться к исходному состоянию велика.
Самоконтроль осадочных циклов затруднен, они легче нарушаются в
результате местных пертурбаций, поскольку в этих циклах основная масса
вещества сосредоточена в малоактивном резервном фонде. Явление
«забуференности» здесь не выражено.
Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ:
большой, или геологический (абиотический), и малый, или биологический
(биотический).
Большой круговорот наиболее четко проявляется в циркуляции
воздушных масс и воды. В основе большого геологического круговорота
веществ лежит процесс переноса минеральных соединений из одного места в
другое в масштабе планеты.
Малый круговорот - круговорот органических веществ, или малый,
биологический круговорот. В основе малого круговорота веществ лежат
процессы синтеза и разрушения органических соединений. Эти два процесса
обеспечивают жизнь и составляют одну из главных ее особенностей.
В отличие от геологического, биологический круговорот характеризуется ничтожным количеством энергии. На создание органического
вещества затрачивается всего около 1% падающей на Землю лучистой
энергии. Однако эта энергия, вовлеченная в биологический круговорот,
совершает огромную работу по созиданию живого вещества. Чтобы жизнь
продолжала существовать, химические элементы должны постоянно
циркулировать из внешней среды в живые организмы и обратно, переходя из
протоплазмы одних организмов в усвояемую для других организмов форму.
Все планетарные циркуляции веществ тесно переплетены, образуя
общий
глобальный
круговорот,
перераспределяющий
энергию,
поступающую от Солнца.
Существование биогеохимических циклов создает возможность для
саморегуляции системы, что придает экосистеме устойчивость - постоянство
процентного состава различных элементов в ней (гомеостаз). Механизмы,
обеспечивающие восстановление равновесия в круговороте, возвращение
элементов в круговорот, во многих случаях основаны на биологических
процессах. В связи с хозяйственной деятельностью человечества и вовлечением в биосферный поток техногенных продуктов этой деятельности
возникли
проблемы,
обусловленные
нарушением
природных
биогеохимических циклов. Циклы некоторых элементов (например, азота,
серы, фосфора, калия, ТМ) превратились в настоящее время в природноантропогенные, характеризующиеся значительной незамкнутостью.
К главным циклам можно отнести круговороты углерода, кислорода,
азота, серы, фосфора и биогенных катионов.
Круговорот углерода в биосфере. Углерод является постоянным
компонентом, который находится во всех оболочках биосферы и повсюду в
18
окружающей среде. Круговорот углерода осуществляется благодаря двум
фундаментальным процессам - фотосинтезу и клеточному дыханию.
Для поддержания жизни и получения энергии большинство организмов
окисляет органические вещества, в результате чего образуются конечные
продукты: диоксид углерода и вода. Этот процесс называется дыханием.
Дыханием — в привычном смысле — обозначают процесс, который мы
привыкли наблюдать у человека и животных. Однако этим термином
обозначают любой биохимический процесс полного окисления органических
веществ, заканчивающийся образованием углекислого газа и воды. Дыхание
свойственно не только высшим, но и низшим животным, растениям и
микроорганизмам. Говорят, например, о дыхании микроорганизмов почвы,
дыхании зоопланктона, рыб и т. д.
Солнечная энергия в форме электромагнитного излучения
используется биосферой при фотосинтезе, осуществляемого лишь теми
организмами, в клетках которых работают уникальные молекулы
хлорофилла. Фотосинтез – это обратный по направленности процесс включение углерода в состав органических веществ - в результате чего из
диоксида углерода и воды образуются органические соединения — сахара.
Эти сахара в дальнейшем превращаются в более сложные соединения —
запасаемые растениями углеводы. В ходе метаболизма растения образуют
также белки и липиды. Эти сложные органические соединения растения
используют для построения своих тканей и получения энергии для
поддержания жизни. Они служат также источником органических веществ
для организмов следующего, второго трофического уровня (гетеротрофов).
Все живые организмы после смерти подвергаются разложению, органические вещества расщепляются на более простые фрагменты, претерпевают превращения, в результате которых углерод в виде углекислого газа
снова поступает в круговорот, и цикл замыкается. Таким образом, в основе
биогенного круговорота углерода в биосфере Земли лежит химическое
вещество — диоксид углерода.
При определенных условиях круговорот углерода может замедляться
или даже приостанавливаться. В этих случаях углерод в виде органических
остатков может накапливаться в виде торфа, каменного угля, нефти. В
гидросфере диоксид углерода находится в растворенном состоянии; он
может образовывать соли кальция, в частности, известняки, мел.
В круговороте углерода участвуют также горные породы. К освобождению углерода в атмосферу приводит, в частности, выщелачивание известняков атмосферными осадками.
Важную роль в круговороте углерода играет Мировой океан. Принято
считать, что океан «вдыхает» диоксид углерода из атмосферы — около
половины его поглощается океаном, а захоронение углерода в донных
осадках приводит к выведению его из круговорота. Океан, таким образом,
как бы компенсирует приток углерода от сжигаемого топлива и вместе с
наземной растительностью вырабатывает необходимый для жизни кислород.
19
Круговорот азота. Азот, как и углерод, входит в состав атмосферного
воздуха и присутствует в нем в виде молекул N2. Он играет важную роль в
жизнедеятельности организмов. Как и кислород, азот необходим для дыхания
животных.
Азот входит в состав многих органических соединении, прежде всего белка. В молекуле белка он образует, прочные амидные связи с углеродами и
соединяется с водородом, присутствуя в виде аминных или амидных групп.
Образование амидных (пептидных) связей (С-N-связи) является
главным механизмом синтеза белковых молекул и пептидов, составляющих
сущность всего живого на Земле.
Источником азота для автотрофов являются нитраты (соли азотной
кислоты HNО3), а также молекулярный азот атмосферы. Азот нитратов через
корневую систему растений попадает по проводящим путям в листья, где
используется для синтеза растительного белка.
Второй путь, которым азот попадает в организмы — прямая фиксация
азота из атмосферы. Это явление совершенно уникально и свойственно
прокариотам — безъядерным микроорганизмам. До 1950 г. были известны
всего три таксона микроорганизмов, способных связывать атмосферный азот:
свободноживущие бактерии родов Azotobacter и Clostridium; симбиотические
клубеньковые бактерии рода Rhizobium; сине-зеленые водоросли
(цианобактерии) родов Anabaena, Nostoc, а также другие члены порядка Nostocales.
Биохимический механизм прямой фиксации атмосферного азота осуществляется при участии фермента нитрогеназы, катализирующей расщепление молекулы азота N2. Процесс этот требует значительных затрат
энергии на разрыв тройной связи в молекуле азота. Реакция идет с участием
молекулы воды, в результате чего образуется аммиак NH3, например, в
клубеньках бобовых. На фиксацию 1 г азота бактерии расходуют около 10 г
глюкозы (около 40 ккал), синтезированной в ходе фотосинтеза, т.е.
эффективность составляет всего 10 %.
Образующиеся в растениях азотсодержащие органические соединения
по трофическим цепям попадают в организм гетеротрофов (животных), а
также в почву — после отмирания растений. В почве они подвергаются
распаду при участии сапрофагов, минерализуются и используются затем
другими растениями. Конечным звеном разложения являются организмыаммонификаторы, образующие аммиак NH3. Аммиак включается реакции
нитрификации, т.е. образования нитритов и их превращения в нитраты.
Таким образом, цикл круговорота азота в почве поддерживается постоянно.
В то же время часть азота возвращается в атмосферу благодаря
деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до
молекулярного азота N2. В результате бактериальной денитрификации
ежегодно на 1 га почвы улетучивается до 50-60 кг азота.
Приостановление круговорота азота может происходить вследствие его
накопления в глубоководных океанических осадках. При этом азот
выключается из кругооборота на несколько миллионов лет. Потери ком20
пенсируются поступлением газообразного азота при вулканических извержениях.
Круговорот фосфора. Фосфор также является элементом,
необходимым для питания живых организмов, играет важнейшую роль в
росте и развитии растений.
Резервуаром фосфора, в отличие от азота, служит не атмосфера, а
горные породы и другие отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи. Минеральный фосфор входит в состав многих горных пород.
Он попадает в гидросферу в ходе их эрозии, отлагается в виде осадков на
мелководьях, частично осаждается в глубоководных илах.
У животных фосфор в виде органических соединений (с белками, в
частности) входит в состав костей и других тканей. Он также играет роль в
энергетических процессах запасания энергии клеток в виде АТФ и АДФ.
В результате разложения мертвых организмов и минерализации органических соединений фосфор в виде фосфатов (солей ортофосфорной
кислоты) вновь используется растениями и тем самым снова вовлекается в
круговорот.
Выведение фосфора из круговорота происходит вследствие его
накопления в донных осадках. Круговорот фосфора является примером
простого осадочного цикла с недостаточной «забуференностью» и
нарушенными механизмами саморегуляции вследствие антропогенного
воздействия на окружающую среду. Существует мнение, что механизмы
возвращения фосфора в круговорот недостаточны и не возмещают потерь,
связанных с техногенезом.
Деятельность человека по лову рыбы и птиц ведет к нарушению баланса фосфора. По данным Дж. Хатчинсона, на сушу в результате рыболовства возвращается всего около 60 000 т элементарного фосфора. Добывается на удобрения ежегодно 1 - 2 млн. т фосфорсодержащих пород, причем
большая часть из этого количества смывается водой и выводится из
кругооборота.
Увеличение концентрации фосфатов в водных экосистемах приводит к
их интенсивному зарастанию, деградации экосистем и в конечном итоге к их
гибели.
Круговорот серы. Минеральная сера попадает в почву в результате
естественного разложения серного и медного колчеданов в горных породах.
Она переносится с атмосферными осадками и попадает в наземные и водные
экосистемы.
Для круговорота серы характерен обширный резервный фонд в почве и
отложениях и меньший фонд — в атмосфере. В быстро обменивающемся
фонде серы ключевую роль играют специализированные группы
микроорганизмов (сульфатокисляющих и сульфатредуцирующих).
Сера является компонентом белков и входит в состав ряда аминокислот: цистина, цистеина, метионина. Эти аминокислоты синтезируются
растениями, использующими минеральную серу. В организм животных сера
попадает с растительной пищей.
21
Сульфатредуцирующие микроорганизмы, разрушающие органические
соединения в почве, восстанавливают серу в H2S или в минеральную серу.
Сульфатокисляющие микроорганизмы окисляют серу, превращая ее в
сульфаты. Последние поглощаются растениями и вновь попадают в круговорот.
Сера, находящаяся в глубоководных отложениях в составе различных
химических соединений, подвергается воздействию микроорганизмов
(сульфатредуцирующих бактерий), в результате чего происходит ее регенерация. При этом создается вертикальный поток серы в виде сероводорода
H2S.
В настоящее время большую роль в биосфере играет сера промышленного происхождения, попадающая в атмосферу в составе дыма в виде
SO2. Основной источник этого газа — сжигание угля. Вступая во взаимодействие с атмосферной влагой, сера в виде сернистого ангидрида образует
кислоты, которые затем вместе с атмосферными осадками выпадают на
поверхность земли. Такая же судьба у другого газа — диоксида азота NO. Он
попадает в воздух с выхлопными газами и промышленными выбросами.
Сейчас так называемые «кислые дожди» стали серьезной угрозой как для
сельского хозяйства, так и для водных объектов. Выпадение «кислых
дождей» приводит к закислению природных вод и деградации биоты водных
объектов. Многие гидробионты погибают, из состава биоценоза выводятся
ценные промысловые виды организмов, страдает кормовая база. Кроме того,
закисление приводит к освобождению ионов алюминия, который является
токсикантом для водной биоты и человека. Проблема закисления среды и
«кислых дождей» приобрела в настоящее время глобальный характер.
Лекция № 9. Ритмические явления в природе.
Цель: рассмотреть ритмичность процессов и явлений в географической
оболочке Земли, изучить примеры внутренних, внешних и смешанных
ритмов.
План
1. Понятие о биологических ритмах.
2. Внутренние (эндогенные), внешние (экзогенные) и смешанные ритмы.
3. Суточные и сезонные ритмы.
4. Приспособления организмов к сезонным изменениям.
Краткий конспект лекции № 9
Ритмичность динамики развития, зональность – разные, но одинаково
важные
свойства
географической
оболочки,
раскрывающие
ее
пространственно-временные особенности.
При всей несхожести этих
свойств они имеют общую природу и служат выражением одного из законов
диалектического материализма – перехода количества в качество.
Закону ритмики подвержен весь процесс развития географической
оболочки. Временные закономерности развития географической оболочки
изучены во много раз меньше пространственных. Феномен временной
ритмики многоаспектный и далеко не всегда четко и просто определяется. Во
22
многом ритмичность не всегда определяется с первого взгляда из-за
интерференции составляющих, что не позволяет сделать четких выводов и
вывести строгие законы.
Многие короткие временные ритмы не требуют никаких доказательств,
человек сталкивается с их проявлениями множество раз, например, суточный
(циркадный) ритм, приливно-отливной ритм, 11-летний цикл солнечной
активности. Только циркадных ритмов в организме человека обнаружено
около 300.
Для выявления длительных ритмов требуются специализированные
исследования с использованием данных палеогеографии, геофизики,
астрономии и многих других смежных наук.
Наиболее продолжительные ритмы – эпохи горообразования (165-180
млн. лет). Вероятнее всего, данный ритм связан с движением Солнечной
системы вокруг общего центра масс Галактики.
Ритмы,
обусловленные
изменением
сил
гравитационного
взаимодействия в системе Солнце – Земля – Луна (приливно-отливные
ритмы). В настоящее время практически доказано существование как
короткопериодных, так и длиннопериодных ритмов. Большинство
современных ученых считают доказанным существование 1850-летнего
ритма изменения условий увлажнения и температурного режима на нашей
планете.
Ритмы, вызванные циклическими изменениями солнечной активности.
На тесную связь некоторых явлений в географической оболочке с солнечной
активностью указывал еще А.Л. Чижевский, писавший о том, что «Земля
лежит в объятьях Солнца».
Различают внутренние (эндогенные), или физиологические, ритмы и
внешние (экзогенные), имеющие геофизическую природу и следующие за
циклическими изменениями во внешней среде. Большинство биологических
ритмов являются смешанными, т.е. частично эндогенными, частично
экзогенными.
Наиболее заметны сезонные события в природе: гнездование и
перелеты птиц, появление насекомых, цветение растений и т.п. Многие
живые организмы имеют внутрисуточные ритмы активности, связанные со
сменой дня и ночи. Однако, далеко не всегда периоды сна и активности
связаны со светлым или темным временем, например, землеройки бурозубки
спят по несколько минут до 78 раз в течение суток. Ряд животных в сезонном
климате размножается один раз в год, в наиболее благоприятное для
появления потомства время. Но у мышевидных грызунов, например,
потомство появляется несколько раз в год. Вслед за появлением потомства у
таких животных можно наблюдать периоды повышенной двигательной
активности, связанные с расселением молодняка, освоением им окружающей
территории. Например, в Западной Сибири в теплый сезон циклы
повышенной двигательной активности полевок повторяются через 9–10 дней
и через 80–90 дней, когда взрослеет их потомство.
23
Более долговременные, многолетние, циклы изменения численности и
расселения животных и растений также широко известны, но трудны для
изучения, так как требуют постоянных длительных учетов и наблюдений на
обширных территориях. В лесостепи урожайность луговых трав колеблется в
десятки раз в разные годы. На суходольных лугах Южного Урала в
засушливые годы заметны 14 видов трав, в обычные годы – 46 видов.
Соответственно меняется и фауна на этих территориях, особенно население
насекомых, птиц, мелких грызунов. Известны «клеверные годы» – массовое
размножение клевера каждые 4–5 лет. Периодически случаются хорошие
урожаи дуба. Желудями питаются многие птицы, грызуны, дикие кабаны –
соответственно вырастает их численность. Обильный урожай семян хвойных
пород предшествует подъему численности мелких грызунов. Циклы
урожайности этих деревьев могут варьировать в разных районах,
различающихся по климатическим условиям.
Хорошо известны массовые переселения мелких грызунов леммингов
на севере Скандинавии – вспышки их массового размножения наблюдаются
примерно каждые 5 лет. При обильном развитии растительности
увеличивается и количество леммингов. Они начинают расселяться,
возникают эпизоотии, масса зверьков гибнет, но перед этим они сильно
выедают тундровую растительность. Соответственно, происходит рост
численности хищников, которые питаются леммингами, – песца, полярной
совы. В следующие годы наблюдается заметный спад числа леммингов, а
после этого меньше становится и хищников, в частности песцов. Продукты
жизнедеятельности, мертвые зверьки, удобряют почву, способствуют
возобновлению тундровой растительности.
Для озер наблюдается 35–40-летний цикл понижения и повышения
уровня – соответственно меняется их зарастание растениями и численность
околоводных животных. Например, уменьшение стока Волги приводит к
зарастанию участков на северном побережье Каспия. За 6–8 лет тростник
здесь образует длинные ленточные заросли, и тогда уменьшается количество
некоторых чаек, предпочитающих открытые плёсы, идет рост численности
серой утки, обыкновенной кряквы. Поздняя стадия зарастания, на которой
появляется уже древесно-кустарниковая растительность, привлекает серую
цаплю, колпицу, кудрявого пеликана.
Английский эколог Ч. Элтон в 20-х гг. XX в. был энтузиастом идеи о
влиянии солнечной активности, появления солнечных пятен на всплески
численности животных, в частности мелких грызунов. Другие ученые
отрицали такую зависимость. В некоторых странах Западной Европы,
например во Франции, циклы солнечной активности в 10–11 лет совпадали с
«урожаем» мышевидных грызунов, но в других странах – нет. Эти
противоречия заставили Элтона прекратить в 40-х гг. дальнейшие
исследования таких закономерностей. Некоторые современные зоологи
считают, что циклы солнечной активности влияют на численность животных,
но не напрямую, а через ряд промежуточных факторов. Изменения растений
под влиянием солнечной активности могут проявляться не внешне, а
24
выражаться в их физиологии, например в содержании питательных веществ,
микроэлементов, витаминов. Повышение содержания в растениях, в
частности токоферола – витамина Е, важного для функционирования
половой системы животных, может стимулировать вспышку размножения
отдельных видов, но уже после окончания пика солнечной активности, с
опозданием на год или более.
Природно-климатические циклы обусловливают сложные изменения,
происходящие в сообществах растений и животных. Знания о циклических
долговременных изменениях в живой природе очень важны для
прогнозирования урожайности растений и вспышек размножения вредителей
сельского хозяйства, численности охотничьих зверей и птиц,
распространения инфекционных и паразитарных заболеваний животных и
человека.
Лекция № 10-11. Зональность на Земле как общепланетарная
закономерность.
Цель: разобрать понятие зональности, рассмотреть периодический закон
географической
зональности
на
примере
зональности
климата,
растительности и др.
1. Понятие о зональности. Периодический
закон
географической
зональности.
2. Зональность климата, растительности и др.
3. Высотная поясность ландшафтов.
Краткий конспект лекции № 10-11
Зональность – закономерное изменение
каждого компонента
географической оболочки и всей природы в целом от полюса до экватора и
до другого полюса. Зональность отдельных компонентов природы – климата,
растительности, животного мира – давно известна людям из практики. В.В.
Докучаев положил начало важнейшему направлению – комплексному
зонально-региональному изучению географической оболочки, создав учение
о природных зонах.
В одной и той же природной зоне климат изменяется при продвижении
от берега вглубь материка. Естественно, что каждая природная зона не
однообразна, а состоит из многих мелких природно-территориальных
единиц, обладающих типичным сочетанием природных компонентов и
получивших название ландшафтов.
В лесной зоне, например, есть леса, болота, заливные и суходольные
луга, обработанные территории. Лес, в свою очередь, может быть хвойным,
хвойно-мелколиственным, смешанным (хвойно-широколиственным), широколиственным. Среди хвойных есть ельники и сосняки (боры). Ельники в
зависимости от характера почво-грунтов и их влажности распадаются на
ельники-зеленомошники с гипновыми мхами, ельники-долгомошники с
кукушкиным льном и многие другие. Также разнообразны сосняки, пихтарники, лиственничники, дубравы.
25
В классификациях ландшафтов, к сожалению, еще много дискуссионного. Каждый ландшафт состоит из более мелких единиц — фаций, которые
более или менее однородно повторяются внутри ландшафта. В нашем
примере фациями являются типы местности на вершинах холмов, на склонах,
в понижениях между холмами. Более крупные, чем ландшафт, единицы —
типы ландшафтов. Например, таежные, болотные, луговые, лесные
широколиственные типы ландшафтов. Они образуют природные зоны и
подзоны.
Принятые в экологии и географии выделения и названия зон по
растительному покрову суши — тундровая, лесная, степная, пустынная и
т.д.— соответствуют зональным закономерностям только одной группы
секторов — материковых и не могут быть распространены на всю Землю.
В настоящее время выделяют следующие природные зоны мира:
арктические и антарктические пустыни, тундры и лесотундры, тайгу,
смешанные и широколиственные леса, лесостепи и степи, полупустыни и
пустыни, саванны и редколесья, жестколистные вечнозеленые леса и
кустарники (средиземноморская), переменно-влажные леса (в т.ч. мусонные),
влажные экваториальные леса. Их характеристика будут рассмотрена на
следующей лекции.
Ниже приводятся особенности климатических поясов.
Экваториальный пояс. Экваториальный пояс простирается приблизительно на 5° широты в оба полушария. Атмосфера характеризуется
избыточным тепловым балансом. Солнечное тепло поступает в больших
количествах — от 100 до 160 ккал/см2/год и сравнительно равномерно в
течение года. На испарение затрачивается от 40 на суше до 80 ккал/см2/год на
океане. В нагретом воздухе образуются восходящие токи. Благодаря им в
экваториальный пояс вовлекается влага из тропических широт пассатными
ветрами. Отсюда высокая влажность воздуха — 80—95%, большая
облачность и обильные осадки — от 1000 до 2500 мм/год. Испаряемость
относительно невелика, около 1000—1500 мм. Атмосферное увлажнение
избыточное, до 150%. Температура воздуха во все месяцы держится в
пределах 24—26° С, годовые амплитуды незначительны, около 2е С.
Сезонная ритмика природных процессов экваториального пояса
ничтожна. Климатическая разница между материковыми и океанскими
секторами не достигает величины качественных различий.
Климат
экваториальной суши океанический.
Экваториальная растительность представлена гилеей — мощными
вечнозелеными постоянно влажными лесами сложного многоярусного строения и большого видового разнообразия и высокой продуктивности — до 50
т/га сухого вещества в год.
Субэкваториальные поясы. Наиболее существенная черта субэкваториальных поясов — переменная циркуляция атмосферы, проявляющаяся в
субэкваториальных муссонах, в сезонной смене экваториального воздуха
тропическим, в наличии сухого и дождливого времен года. С нею связана
26
резко выраженная сезонная ритмика всех природных процессов, существенно
отражающаяся в хозяйственной деятельности людей.
На суше субэкваториальный пояс Северного полушария простирается
от 5 до 25° с. ш. Как и в экваториальном поясе, большая часть площади приходится на океан.
В субэкваториальных широтах уже начинает проявляться диссимметрия: северный субэкваториальный пояс простирается на суше приблизительно на 120° по долготе, а южный только на 80°.
Тепловые и радиационные свойства атмосферы близки к тем, которые
свойственны экваториальному поясу. Остаточное тепло радиационного
баланса несколько ниже: 70—75 ккал/см2/год против 90 на экваторе. Сезонная разница температур, конечно, больше, чем на экваторе. Средние месячные колеблются от 15 до 30° С; но ни в одном месяце тепло не ограничивает
развитие растений или ход каких-нибудь природных процессов.
Решающим фактором оказывается продолжительность сезона дождей:
в субэкваториальных лесах он равен от 1/3 до 2/3 года, в саваннах — менее
1/3 года. С продолжительностью сухого периода связана величина
атмосферного увлажнения: близ гилей оно умеренное — от 100 до 60%, в
саваннах — недостаточное — от 59 до 30%.
Основной зоной этого пояса является саванновая; она занимает
наибольшие площади в низких широтах, превосходящие территорию не
только субэкваториальных лесов, но и гилей. Зона переменно влажных
лесов узкая и является переходной от гилей к саваннам.
Субэкваториальные леса, в отличие от гилей, переменно влажные
листопадные. В сухой период многие деревья и кустарники сбрасывают
листву полностью или частично, травы засыхают. С началом сезона дождей
быстро вырастают листья и появляются цветки. Другие деревья, наоборот,
именно в сухой сезон вегетируют.
В зависимости от продолжительности сезона дождей субэкваториальные леса распадаются на: а) преимущественно листопадные и б) смешанные
листопадно-вечнозеленые.
Тропические поясы. Тропические поясы — широты господства сухого и
жаркого тропического воздуха как на материках, так и на океанах, формирующегося в тропических антициклонах. Здесь зарождаются пассаты и
начинается восточный перенос воздушных масс. Они уносят осадки от
западных берегов материков и увлажняют восточные побережья, поэтому
зональные типы местности сменяются не в меридиональном, а в западновосточном направлении. Отчетливо выступают три типа регионов: полупустыни и пустыни западных побережий, внутриконтинентальные пустыни,
сезонно-влажные и местами влажные тропические леса восточных побережий. Переход от пустынь к лесам совершается через редколесья и саванны.
Северный и южный тропические поясы количественно не равнозначны.
Первый протягивается на 120° по долготе, а второй только на 85°; однако
качественных различий между ними еще нет.
27
Восточноприокеанские сезонно-влажные и постоянно влажные леса
произрастают во Флориде и на Юкатане, на побережье Бразилии к северу и
югу от Рио-де-Жанейро, на Мадагаскаре и в Северо-восточной Австралии.
Саванны и редколесья распространены в Центральной Америке, бассейне
Замбези и восточной Австралии.
В остальных, больших регионах тропических поясов благодаря антициклональной пассатной циркуляции атмосферы господствует сухой и жаркий воздух. На материках образуются пустыни: Калифорнийская, Сахара,
Сирийская и Нефуд в Аравии, Тар в бассейне Инда, Атакама, Калахари и
Австралийские.
Северный тропический пояс простирается от 14° с. ш. на юге Сахары
до 31° в бассейне Инда; южный — от 18° ю. ш. на севере Калахари до 30" ю.
ш. в Австралии. Средней параллелью почти точно служат тропики. Однако
как видно из перечисления территорий, не всюду под тропиками тропические
пояса; в Индии и Индокитае — субэкваториальный. Этим подчеркивается
западно-восточная асимметрия материков Старого света.
Опускающиеся воздушные массы характеризуются сухостью, атмосфера безоблачная, осадки выпадают случайно, годовая сумма (не более 100
мм) ничтожна, испаряемость в Сахаре до 5000 мм, в Австралии до 3500 мм, в
Аравии, Тар и Калифорнии — до 3000 мм, в Калахари до 2500 мм. Годовая
величина атмосферного увлажнения колеблется от 0 до.10% и только в
Калахари достигает 25%, поэтому эта территория имеет скорее характер
полупустыни.
При высоком положении Солнца и безоблачном небе суммарная солнечная радиация в тропических пустынях достигает максимальной величины
160—220 к/кал/см2/год. Велико и излучение, поэтому для пустынь
характерны большие колебания температур. Максимальные достигают 58° С,
минимум падает ниже 0, средние месячные от 12 до 35° С. Между временами
года есть уже термическая разница.
Субтропические поясы. Субтропические поясы лежат между тропическими и умеренными. Переход одних в другие осуществляется не путем
медленных количественных изменений климата и всей природы, а путем
посезонного пребывания в этих широтах тропического (летом) и умеренного
(зимой) воздуха. В этом сущность субтропического климата.
Однако характер субтропической природы обусловлен не только
климатом, а во многом зависит от рельефа литосферы. Средняя параллель
субтропических широт — 35° с. ш. и ю. ш.— параллель Средиземных поясов
разлома земной коры.
Геоморфологически пояс разлома выражен горными сооружениями,
провальными морскими котловинами, повышенной сейсмичностью и
вулканизмом. Большое протяжение суши по долготе обусловливает
формирование
трех
типов
регионов:
западных,
центральных
внутриматериковых и восточных. Северные пределы субтропической природы проходят по горам альпийского пояса — Пиренеям, Альпам, Балканам,
Крыму, Кавказу, горам Передней и Центральной Азии. Вся природа
28
субтропиков несет ясно выраженную печать расчлененности береговой
линии и рельефа. Самых северных пределов субтропический пояс достигает
на Балканском побережье Адриатического моря (46° с. ш.), а самых
южных— в Восточном Китае, где он подходит к тропику.
Южный субтропический пояс на суше несравненно меньше северного;
он протягивается только на 76° по долготе тремя сравнительно небольшими
массивами в Южной Америке, Африке и Австралии. Дифференциация
регионов на западные, центральные и восточные здесь слабее. Основное
географическое отличие южных субтропиков от северных заключается в том,
что они располагаются на концах материков, омываются океаном и не
являются средиземными.
Характерной чертой атмосферы субтропиков, кроме переменной
циркуляции, является равенство ее солярных и фактических температур.
Здесь, следовательно, нет избытка тепла, как в жарких поясах, и нет его
зимнего недостатка, как в умеренных и холодных. Средняя годовая
температура воздуха совпадает со средней дня Земли (на высоте 2 м) — 14°
С. Однако если летний тропический воздух нагрет до 26°, то в зимнем
умеренном температура средняя падает до 5—6° С, а крайние ниже 0 и
выпадает снег.
Северный умеренный пояс. За пределами субтропических широт — в
умеренных поясах — рельеф Земли становится антисимметричным: северное
полушарие материковое, а южное океаническое. Умеренные пояса поэтому
настолько различны, что требуют отдельного описания. Северный
умеренный пояс на суше протягивается от Ирландии до Камчатки на 175° и
от Аляски до Ньюфаундленда на 100° долготы. Самая южная его граница в
Северном Китае лежит на 33° с. ш., а самая северная на Скандинавском
полуострове почти на 70° с. ш.; протяженность по меридиану достигает 37°,
т. е. больше 1/3 всего полушария.
Остаточное тепло радиационного баланса падает от 60 на юге до 20
ккал/см2/год на севере. Если в июле количество радиационного тепла не
уступает тропическому (8 ккал/см2/мес), то в январе радиационный баланс
отрицательный. В связи с этим четко выступают четыре и менее четко пятое
времени года: весна, лето, осень, предзимье и зима.
В холодную часть года атмосфера согревается не столько радиационным, сколько адвективным (из тропических широт) теплом. Так как последнее переносится атмосферой (западный перенос, фронтогенез, циклоническая
деятельность), то для дифференциации географической оболочки в умеренном поясе большое значение имеет взаимодействие океана и материков и,
естественно, размеры последних. Это же относится и к влагообороту.
По указанным причинам в северном умеренном поясе больше, чем в
любом другом, градиенты тепла и влаги и, следовательно, очень четко
выражены
секторы:
на
материках
западноприокеанические,
внутриматериковые и восточноприокеанические; на океанах западные с
холодными течениями, восточные с теплыми течениями. Столь же отчетлива
горизонтальная зональность природы.
29
Приокеанические секторы в целом лесные. Западная приокеаническая
тайга на севере сменяется в южной части пояса смешанными и широколиственными лесами. На востоке материков восточноприокеанская тайга
сменяется к югу широколиственными лесами и влажными степями и лесостепьем.
Материковые секторы характеризуются наибольшим для Земли разнообразием зональных ландшафтов. С севера на юг идут: континентальная
тайга, широко- или мелколиственные леса, степи, сухие степи, полупустыни
и пустыни.
Южный умеренный пояс. Южный умеренный пояс антиподален северному. Он почти целиком расположен на океане. Из суши в него попадают
только узкий конец Южной Америки, юг Тасмании и Новой Зеландии. Они
почти не нарушают однообразия водного пояса Земли.
Наиболее существенные черты его природы — интенсивный западный
перенос, циклоническая деятельность и непрерывное циркумполярное
холодное течение Западных Ветров. Плавающие льды — айсберги Антарктиды — достигают 45° ю. ш. Холодные Антарктические воздушные массы
проникают далеко на север.
В южных Андах и на юге Новой Зеландии произрастают приокеанские
влажные леса. К востоку от Анд расположены степи и полупустыни.
Северный субполярный (субарктический) пояс. Он располагается на
северной периферии Евразии и Северной Америки. В Европе благодаря
Нордкапскому течению он узкий и расположен севернее Полярного круга, в
Северо-Восточной Азии расширяется, достигая 60° с. ш,, а в бассейне
Гудзонова залива спускается даже до 50° с. ш., т. е. до широты Ла-Манша и
Киева.
Солнечного тепла мало — меньше 20 ккал/см2/год. Большую холодную
часть года радиационный баланс отрицательный. Лето короткое. Грунт уже
на небольшой глубине, около 30 см, охвачен многолетней мерзлотой.
Циркуляция атмосферы переменная: проникают и арктические, и умеренные
воздушные массы. Осадков мало — 300—100 мм, испаряемость еще меньше,
поэтому увлажнение избыточное, до 150 %.
В тундровой зоне, понимаемой географически, есть собственно
тундры, болота, преимущественно верховые, и пойменные луга. Собственно
тундровая зона распадается на подзоны: кустарниковых тундр, моховолишайниковых типичных тундр и арктических тундр, или полярных пустынь.
Южный субполярный пояс. Южный субполярный пояс полностью
находится на океане и ввиду подвижности водной и воздушной среды едва
ли может быть четко обозначен в пространстве. Островная суша в нем рассеяна крайне спорадически (острова Фалклендские, Южная Георгия,
Кергелен). Природа островов — океаническая тундровая: прохладное лето и
умеренная зима, высокая влажность, сильные ветры, скудная моховолишайниковая растительность. Южные аналоги тундровой зоны значительно,
в сравнении с северными тундрами сдвинуты к экватору до 50° ю. ш.
30
Полярные поясы.
Северный
и южный
полярные поясы
противоположны по характеру рельефа — первый океанский, второй
материковый, но однородны климатически. То же мы видели и в средних
широтах, но если умеренные поясы благодаря разнозначности подстилающей
поверхности в ландшафтном отношении настолько отличаются один от
другого, что не могут даже сравниваться, то полярные довольно сходны; черт
различия меньше черт сходства. Оба пояса ледовые. В средних широтах
решающими оказались литосферные, в полярных — радиационные факторы,
точнее — минимум солнечного тепла. В этих условиях и на материке
Антарктиды, и на островах Арктики, и в Северном Ледовитом океане образуются льды.
Граница Арктического полярного пояса проходит севернее полярного
круга: по Канадскому архипелагу, Карским воротам, полярной окраине Азии
и только в одном месте — Гренландии — она спускается до 60° с. ш.
Антарктический полярный пояс достигает 53° ю. ш., т. е. широты широколиственных лесов в Западной и степей в Восточной Европе.
Природные ландшафты полярных поясов обусловлены не только минимальным для Земли количеством солнечной радиации, но и массами льда,
образовавшимися, вероятно, в плейстоцене. Высокое альбедо льдов — одна
из важнейших причин формирования климатического пессимума.
Радиационный баланс около 10 ккал/см2/год, на ледяной поверхности он
отрицательный.
Климат Антарктиды суровее арктического. В самом теплом месяце в
Антарктике (январь) изотерма 0° достигает 58—59° ю. ш., а на материке
среднемесячная температура от —4° до —36° С, зимой (июль) средние
месячные температуры падают до —72° С, а минимальные до —88,3° С.
В Артике изотерма 0° июля проходит севернее островов, и только в
Гренландии средняя месячная до —12° С. Но и в самом холодном месяце —
январе в районе полюса температура около —40°, а в Гренландии до —46° С.
На суше Арктического пояса есть три типа ландшафтов: островные
ледники, полярные пустыни на островах Врангеля, Новосибирских, Северной
Земле и на севере Канадских и арктические тундры на южном острове Новой
Земли, по берегам Азии и Северной Америки.
В Антарктиде сплошные материковые льды и только на Южных
Оркнейских и соседних с ними островах находятся островные ледники и
местами произрастают мхи и лишайники.
Высотная поясность. В горных странах, как уже говорилось, горизонтальные природные зоны суши сменяются высотными поясами, а на возвышенностях ландшафты варьируют в пределах двух соседних зон.
Высотная поясность в горах вызвана падением с высотой температуры
воздуха и испаряемости и увеличением количества осадков и атмосферного
увлажнения. В самых общих чертах вертикальные климатические изменения
аналогичны зональным, но не тождественны им. Интенсивность солнечной
радиации с высотой в горах возрастает, а в направлении от экватора к
полюсам падает. Атмосферное давление в горах последовательно и моно31
тонно уменьшается, тогда как между экватором и полюсами есть зоны
барических максимумов и минимумов. В горизонтальном направлении
гумидные и аридные зоны чередуются, в вертикальном количество осадков с
высотой (до 3000 м) только возрастает. Сток атмосферных вод и дренаж
местности с подъемом в горы увеличивается, чего не наблюдается по мере
движения к полюсам.
Характер выветривания, плотность органической жизни, почвообразовательный процесс, условия освещения и многое другое заставляет считать
вертикальную поясность только в общих чертах аналогичной горизонтальной зональности. Кроме того высотные пояса любой горной страны,
каждого хребта и даже отдельных его склонов качественно индивидуальны.
Это объясняется как историей развития горной страны, так и сложностью
мозаики современных климатических условий на склонах разной высоты,
экспозиции, ориентации по отношению к путям движения воздушных масс.
Вертикальная поясность всегда начинается с той горизонтальной
зоны, в которой находится горная система. Выше пояса сменяются в целом
также, как горизонтальные зоны до области полярных снегов. При этом,
конечно, выпадают пояса, аналогичные таким зонам, условия которых в
горах повториться не могут. Например, на склонах вулканического массива
Кении, расположенного на экваторе, от подножья до высоты 1200 м простирается пояс влажных экваториальных лесов; выше его, до 3000 м, идут
саванны и горные леса (нижняя часть этого пояса обработана); в пределах
высот от 3000 до 4800 м находятся горные луга, за которыми следуют вечные
снега. Хотя на склонах Кении природа изменилась от экваториального леса
до ледников, ее высотные пояса далеко не повторяют всех горизонтальных
зон, расположенных между ее подножьем и полюсами. В горах южного
острова Новой Земли всего два пояса — арктических тундр и вечных снегов.
С широтой изменяется не только количество поясов, но и их высотные
пределы.
Лекция № 12-13. Ландшафтные зоны Земли и Казахстана.
Цель: изучить особенности различных ландшафтных зон мира, выявить
черты их сходства и отличия
План
1. Ландшафты тундры, таежно-лесной, лесостепной зон.
2. Ландшафты степной, полупустынной и пустынной зон.
3. Ландшафты предгорий и горных территорий.
4. Особенности ландшафтов Республики Казахстан.
Краткий конспект лекции № 12-13
В тундровой зоне, понимаемой географически, есть собственно
тундры, болота, преимущественно верховые, и пойменные луга. Тундрой
называется комплекс безлесных моховых, лишайниковых и моховокустарнико-вых формаций, приспособившихся к климатическому и
почвенному пес-симуму.
32
Поверхностные воды здесь многочисленны — мелкие реки, озера,
много болот. Грунтовые воды циркулируют только летом над мерзлотой.
Выветривание и почвообразование при недостатке тепла протекает
медленно. Особого тундрового типа почвообразования нет, оно идет по
болотному типу, иногда с частичным оподзоливанием. Почвы маломощны и
морфологически выражены слабо. В северных пределах почвы образуются
только пятнами, сплошного покрова уже нет.
Собственно тундровая зона распадается на подзоны: кустарниковых
тундр, мохово-лишайниковых типичных тундр и арктических тундр, или
полярных пустынь. Переход к лесной зоне умеренного пояса от тундр
субполярного совершается через лесотундру, в которой леса произрастают в
долинах рек и местами на водоразделах в виде криволесья.
При малом количестве тепла и избыточном увлажнении в течение четвертичного времени в умеренно холодном поясе сформировалась обширная
зона тайги — бореальных хвойных лесов на подзолистых почвах с моховым
покровом.
Тайга простирается от Скандинавского полуострова до Камчатки и от
северо-западной Америки до Ньюфаундленда.
В южной части пояса, где больше солнца и тепла, а увлажнение
несколько уменьшается, мхи наземного покрова сменяются травами, подзолистые почвы переходят в дерново-подзолистые, растительность становится разнообразнее и богаче: северная тайга сменяется южной, появляются
смешанные хвойно-широколиственные леса.
В Европе наиболее типичны ельники и сосняки. В Западной Сибири
кроме них есть пихтарники, леса из кедровой сосны и лиственницы. В бассейне Енисея господствуют леса из сибирской лиственницы, а в бассейне
Лены — из даурской лиственницы. Хвойные леса Кордильер много богаче и
разнообразнее евразийских.
Широко распространенным типом местности являются болота. В
некоторых регионах (Карелия, Западная Сибирь) они занимают до 70%
площади. Болотом называется местность, на которой под влиянием избытка
воды сформировался особый растительный покров, накопился слой торфа
глубиной не менее 30 см; почвообразование идет по болотному типу, поселились свои животные и образовался специфический микроклимат.
Всюду по долинам рек характерны естественные луга.
Лесостепная зона характеризуется неустойчивой влажностью почвы,
произрастанием лесов и лесных колков на водоразделах среди степей,
сочетанием выщелоченных черноземов и оподзоленных почв степной и
лесной флоры. В Европе леса этой зоны широколиственные,
преимущественно дубовые, в Сибири — мелколиственные, березовоосиновые.
При атмосферном увлажнении несколько ниже 100% в умеренно
теплом климате находится степная зона. В Евразии она простирается от
бассейна Дуная до Монголии; наиболее типично представлена на юге
Восточной Европы и в Западной Сибири. В Северной Америке аналогичные
33
формации — прерии — протягиваются с севера на юг между рекой
Миссисипи и Кордильерами.
Степные фитоценозы — травянистые, лишенные деревьев, от лугов
отличаются более или менее ксерофильным характером, формируются на
черноземах и каштановых почвах. Характер степей меняется соответственно
увеличению аридности. На севере пояса простирается подзона разнотравных
степей с широколистыми злаками на самых богатых на Земле почвах —
мощных и тучных черноземах. Южнее разнотравные степи сменяются
злаковыми ковыльно-типчаковыми на обыкновенных черноземах.
Большая часть степей распахана. В Южном Казахстане, в Центральной
Азии и Большом бассейне северные степи сменяются сухими и
полупустынями. Почвы здесь каштановые, появляется солонцеватость.
Растительный покров изрежен и состоит из типчака, ковылей, полыней и
солянок.
Саванновая растительность Африки — это травянистая растительность
ксерофильного характера; здесь же распространены сухие леса, редколесья,
колючие кустарники и, наконец, одиночно растущие деревья.
Саванновая травянистая растительность состоит из злаков высотой в
1—3 м. Они ксероморфны, с узкими жесткими небольшими листьями,
лишены яркой зелени и цветов; общая их окраска буроватая. Мощные стебли
делают саванну труднопроходимой.
Деревья этой зоны ксерофильны. Они или низкорослые колючие, или
— одиночные гиганты, запасающие в стволах воду на сухой сезон. Для
саванн Африки характерен баобаб — огромное дерево до 25 м высотой и 9 м
в диаметре; он может достигать возраста 4—5 тыс. лет. В саваннах
Австралии господствует эвкалипт, в льяносах Южной Америки, где вообще
влажность больше, произрастают пальмы. Саванновые сухие леса,
редколесье и колючие кустарники состоят из низкорослых деревьев
неправильной формы и с мелкими листьями, опадающими на сухой сезон.
Подлесок образован колючими кустарниками. В саваннах Америки обильны
кактусы и агавы.
Во внутренних наиболее аридных регионах материков — в Средней и
Центральной Азии и в Большом бассейне — находится зона пустынь
умеренного пояса. В противоположность жарким пустыням, осадки здесь
выпадают систематически ранней весной. Рельеф и гидрография пустынь
весьма своеобразны, они описаны в соответствующих главах.
Почти вся поверхность пустынь умеренного пояса в отличие от тропического закреплена. Развеваемые пески — временное образование. Для
умеренных пустынь характерны бурые и серо-бурые пустынные почвы, а на
юге — сероземы. Будучи слабо выщелоченными, они содержат большое
количество элементов питания и потенциально плодородны, но нуждаются в
орошении. В тех формах микрорельефа, куда поднимаются засоленные
грунтовые воды, образуются солонцы и солончаки.
Растительность умеренных пустынь довольно разнообразна. По ее
характеру выделяются следующие виды пустынь: эфемерные на глинистых
34
равнинах близ субтропиков, злаково-кустарниковые на песчаных массивах,
полынные на глинистых грунтах северной подзоны, галофитные на солонцах
и солончаках и полынно-солянковые на гамадах.
В регионах западных побережий материков — в Калифорнии, Атакаме,
приокеанских частях Сахары, Калахари и Австралии сформировались
полупустыни и пустыни с высокой относительной влажностью воздуха, с
относительно умеренными температурами и с заметной растительностью.
Самые сухие на Земле Сахаро-Аравийские пустыни. Растительность их
крайне скудна, а местами и вовсе отсутствует. Наиболее характерны
финиковые пальмы (в оазисах) и акации. На окраины Сахары из саванн и
Средиземья проникает сравнительно разнообразная растительность.
В Южной Африке пустынна только прибрежная часть к северу от тропика, омываемая холодным течением. Но и здесь есть суккулентная растительность — молочаи и алоэ; Калахари — полупустыня с растительностью из
злаков и акаций.
Для пустынь Америки характерны кактусы. Во внутренних районах
Австралии преобладают жестколистные злаки, галофитные суккуленты и
кустарниковые колючие акации.
В целом, разница в размерах и в природе различных зон Северного и
Южного полушарий обусловлена не столько климатическими, сколько
геоморфологическими факторами. На периферии больших северных
материков образовалась широкая зона материковых тундр, а в южных
широтах она представлена только спорадически
на островах морским
вариантом. Зоны лесная, лесостепная, степная и пустынная умеренных широт
могли развиться только на обширной суше. Поэтому они есть только в
Северном полушарии, в Южном представлены на очень ограниченных
площадях. Выклинивание широколиственных лесов в Приуралье и в Приамурье, простирание степной зоны в Евразии и в Северной Америке, площадь и природа внутриматериковых пустынь — все это на современной,
стадии их развития теснейшим образом связано с размерами и формой
материков. Аналогичные выводы справедливы и относительно зон тропических пустынь, саванн и экваториальных лесов.
В горных системах мира встречаются весьма разнообразные структуры
вертикальной зональности. В качестве примера рассмотрим вертикальную
зональность Главного Кавказского хребта. Основание восточного склона
хребта лежит в Кура-Араксинской низменности в условиях сухого климата,
поэтому здесь прослеживается следующая смена природных зон:
1) до высоты 400 м располагается зона (пояс) сухих степей с горными
бурыми и каштановыми почвами;
2) на высоте от 400 до 900 м находится степной пояс (зона); примерно в
этом же интервале абсолютных высот расположены участке смешанных
лесов (внизу дуб, выше преобладает бук) на бурых лесных почвах;
3) на высоте 900 - 2700 м развиты горно-луговые почвы под
субальпийскими и альпийскими лугами;
35
4) выше выделяется пояс разреженной лишайниково-кустарниковой
растительностью (до 3200 м);
5) еще выше - вечные снега и льды. Значительная часть влажных
воздушных масс, поступающих на Кавказ с моря, задерживается западным
склоном Кавказских гор, поэтому почвы западного склона отличаются
повышенным увлажнением и иным характером растительного покрова по
сравнению с восточным.
Для западного склона характерна следующая последовательность
смены почвенных зон:
1) до 500 м - предгорья, занятые дубовыми и каштановыми лесами на
субтропических красноземных почвах;
2) до высоты 1200 м расположен пояс буковых лесов на горно-лесных
бурых почвах;
3) до высоты 1600 м следует пояс пихтовых лесов на горноподзолистых почвах;
4) до 1700 м - пояс парковых лесов на горно-луговых почвах;
5) до 2000 м - альпийские и субальпийские луга на горно-луговых
почвах;
6) до 2800 м - обнаженные скалы с островками фрагментарных почв;
7) выше - пояс вечных снегов и льдов.
Лекция № 14. Зональность Мирового океана.
Цель: рассмотреть морфологические части океана и его экологические зоны,
доказать пространственную и функциональную неоднородность океана
1. Мировой океан как единая система. Пространственная и функциональная
неоднородность.
2. Материковый шельф, материковый склон, материковое подножие,
абиссальная равнина (ложе океана) – морфологические части океана.
3. Неритическая, батиальная, абиссальная зоны. Океаническая зона –
область открытого океана.
4. Уязвимые звенья экологической системы Мирового океана.
Краткий конспект лекции № 14
Морская среда занимает более 70% поверхности земного шара. В
отличие от суши и пресных вод — она непрерывна. Жизнь в океане
наблюдается во всех его уголках, но наиболее она богата вблизи материков и
островов. В океане практически отсутствуют абиотические зоны, несмотря на
то, что барьерами для передвижения животных являются температура,
соленость, глубина.
Средняя соленость океана 35 г/л. Около 25 % в ней приходится на
долю хлористого натрия, остальные соли — кальция, магния и калия
(сульфаты, карбонаты, бромиды и др.), десятки других элементов составляют
менее 1%.
Для морских водоемов характерна устойчивая щелочная среда с рН=
8,2, но соотношение солей и сама соленость изменяются. В воде солоноватых
заливов устьев рек прибрежной зоны, в целом снижаясь, величина солености
36
значительно колеблется по сезонам года. Поэтому организмы в прибрежной
зоне эвригалинны, в то время как в открытом океане — стеногалинны.
Биогенные элементы — важный лимитирующий фактор в морской
среде, где их содержится несколько частей на миллиард частей воды. К тому
же, время пребывания их в воде вне организмов намного короче, чем натрия,
магния и др. Биогенные элементы быстро перехватываются организмами,
попадая в их трофические цепи, практически не достигнув гетеротрофной
зоны (биологический круговорот). Значит, низкая концентрация биогенных
элементов еще не говорит об их всеобщем дефиците.
Главным фактором, который дифференцирует морскую биоту, является
глубина моря.
Материковый шельф резко сменяется материковым склоном, плавно
переходящим в материковое подножие, которое опускается ниже к ровному
ложу океана — абиссальной равнине. Этим морфологическим частям океана
примерно соответствуют следующие зоны: неритическая — шельфу (в
пределах которой есть литораль, соответствующая приливно-отливной зоне),
батиальная — материковому склону и его подножию; абиссальная — область
океанических глубин от 2000 до 5000 м. Абиссальная область разрезается
глубокими впадинами и ущельями, глубина которых более 6000 м. Область
открытого океана за пределами шельфа называют океанической. Так же, как
и в пресноводных лентическнх экосистемах, все население океана делится на
планктон, нектон, бентос. Планктон и нектон, т.е. все, что живет в
открытых водах, образует так называемую пелагическую зону.
Самая верхняя часть океана, куда проникает свет и где создается
первичная продукция, называется эвфотической. Ее мощность в открытом
океане доходит до 200 м, а в прибрежной части — не более 30 м. По
сравнению с километровыми глубинами, это зона достаточно тонкая и
отделяется компенсационной зоной от значительно большей водной толщи,
вплоть до самого дна — афотической зоны.
Биотические сообщества каждой из указанных зон, кроме
эвфотической, разделяются на бентосные и пелагические. В них к первичным
консументам относятся зоопланктон, насекомых в море экологически
заменяют ракообразные. Подавляющее число крупных животных —
хищники. Для моря характерна очень важная группа животных, которую
называют сессилъными (прикрепленными). Их нет в пресноводных системах.
Многие из них напоминают растения и отсюда их названия, например,
морские лилии. Здесь широко развиты мутуализм и комменсализм. Все
животные бентоса в своем жизненном цикле проходят пелагическую стадию
в виде личинок.
Область континентального шельфа, неритическая область, если ее
площадь ограничена глубинок до 200 м, составляет около 8% площади
океана (29 млн. км2) и является самой богатой в фаунистическом отношении
в океане. Прибрежная зона благоприятна по условиям питания, даже в
дождевых тропических лесах нет такого разнообразия жизни, как здесь.
Очень богат кормом планктон за счет личинок бентосной фауны. Личинки,
37
которые остаются несъеденными, оседают на субстрат и образуют либо
эпифауну (прикрепленную) либо инфауну (закапывающуюся).
Наиболее продуктивны в Мировом океане области апвеллинга.
Апвеллинг — это процесс подъема холодных вод с глубины океана там, где
ветры постоянно перемещают воду прочь от крутого материкового склона,
взамен которой поднимается из глубины вода, обогащенная биогенами. Там,
где нет этого подъема, биогенные элементы из погрузившихся органических
остатков на длительное время теряются в донных отложениях.
Высокопродуктивны и богаты биогенами, за счет привноса их с суши, воды
эстуариев. Ю. Одум (1975) называет это явление аутвеллингом.
Области апвеллинга расположены вдоль западных пустынных берегов
континентов. Они богаты рыбой и птицами, живущими на островах. Но при
изменении направления ветра приходит спад «цветения» планктона и
наблюдается массовая гибель рыб вследствие развития бескислородных
условий (эвтрофикация).
Лиманы — это полузамкнутые прибрежные водоемы, они
представляют собой экотоны между пресноводными и морскими
экосистемами. Лиманы обычно входят в литоральную зону и подвержены
приливам и отливам. Лиманы высокопродуктивны. Они являются ловушками
биогенных веществ. На протяжении круглого года активны автотрофы:
макрофиты (болотные и морские травы, водоросли), донные водоросли,
фитопланктон. Лиманы служат для откорма молоди, богаты целым
комплексом морепродуктов (рыба, крабы, креветки, устрицы и т. п.). Попадая
в сферу хозяйственной деятельности человека, они могут потерять свою
продуктивность вследствие загрязнения водной среды.
Океанические области, эвфотическая зона открытого океана, бедны
биогенными элементами. И в известной степени, можно считать эти воды
«пустынями» по сравнению с прибрежными. Арктические и антарктические
зоны намного продуктивнее, так как плотность планктона растет при
переходе от теплых морей к холодным и фауна рыб и китообразных здесь
значительно богаче.
Фитопланктон является первичным источником энергии в пищевых
цепях пелагической области — продуцентом. Крупные животные, и прежде
всего рыбы, здесь являются преимущественно вторичными консументами,
питающимися зоопланктоном. Продуцентом для зоопланктона являются как
фитопланктон, так и планктонные личинки моллюсков, морских лилий и т. п.
Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной и тем не менее
разнообразие рыб в абиссальной зоне велико, несмотря на то, что она
практически лишена продуцентов. Рыбы имеют причудливую форму (рис.
7.8), большие рты и растягивающиеся животы и т. п. — все приспособлено к
глотанию пищи любого размера в полной темноте. Разнообразие же связано
со стабильностью условий в абиссальной зоне в течение длительного
геологического времени, что замедлило эволюцию и сохранило многие виды
из далеких геологических эпох.
38
Экосистемы глубоководных рифтовых зон океана находятся на
глубине около 3000 м и более, в сплошной темноте, где невозможен
фотосинтез, преобладает сероводородное заражение, есть выходы горячих
подземных вод, высокие концентрации ядовитых металлов; живые
организмы здесь представлены гигантскими червями (погонофорами),
живущими в трубках, крупными двустворчатыми моллюсками, креветками,
крабами и отдельными экземплярами рыб. Продуцентами здесь выступают
сероводородные бактерии, живущие в симбиозе с моллюсками. Хищники
представлены крабами, брюхоногими моллюсками и некоторыми рыбами.
Океан является колыбелью жизни на планете и еще множество загадок
хранят его водные толщи и океаническое ложе. Появление жизни в океане
более 3 млрд. лет тому назад положило начало формированию биосферы. И
сейчас, занимая более 70% поверхности Земли, он определяет во многом, в
сочетании с материковыми экосистемами, целостность современной
биосферы Земли.
Лекция № 15-16. Формы взаимодействия общества и природной среды.
Цель: рассмотреть понятия антропосфера и техносфера, выделить их
отличительные особенности, изучить основные экологические последствия
антропогенеза и техногенеза и их классификацию
План
1. Человек и природа. Понятие об антропосфере и техносфере.
Отличительные особенности.
2. Формы взаимодействия общества и природной среды.
3. Классификация последствий воздействия производства на природную
среду.
4. Основные экологические последствия антропогенного воздействия на
природные компоненты географических систем.
Краткий конспект лекции № 15-16
Первые попытки научного описания и обоснования процесса развития
взаимоотношений между природой и человеком были предприняты еще в
эпоху античности (Анаксимандр, Эмпедокл, Лукреций и др.). Современный
период в истории становления взаимоотношений человека и природы,
начавшийся одновременно с наступлением XX столетия, в общем характеризуется расширением экспансии человечества в природе, заселением всех
доступных для проживания территорий, интенсивным развитием
промышленного и сельскохозяйственного производства, открытием и
началом эксплуатации новых способов высвобождения и преобразования
энергии, началом освоения околоземного космического пространства и
Солнечной системы в целом, а также невиданным ранее ростом численности
населения.
Антропосферой называют международное сообщество людей, на
ранних стадиях развития человечества состоящее из различных цивилизаций,
но неукоснительно преобразующихся в единую планетарную цивилизацию
землян, естественно развивающуюся в ограниченном пространстве планеты,
39
участвующую в круговороте веществ и энергии, совершенствующую
эколого-социальные ниши за счет развития техносферы и оптимизации
использования природных ресурсов, с учетом разработок мероприятий по
охране биоразнообразия, регенерации и санации техногеннонарушенных
открытых систем для обеспечения поступательного развития биологической
жизни на Земле.
Изменение и саморазвитие природных объектов и явлений под
воздействием человеческой деятельности – антропогенез.
Техносфера – это совокупность строительных сооружений и
технических конструкций, средств передвижения и производства, приборов и
механизмов, создаваемых в определенное время и находящихся в
ограниченном пространстве, облегчающих труд человека в борьбе за
выживание, взаимодействующих с природными системами, участвующих в
процессах трансформации энергии и круговорота веществ, влияющих на
развитие органической жизни на Земле.
Техногенез – процесс изменения природных комплексов и
биогеоценозов под воздействием производственной деятельности человека.
Выделяют следующие основные формы взаимодействия общества и
природной среды:
1)
Индивидуальное воздействие;
2)
Коллективное
воздействие
в
процессе
организованной
производственной деятельности:
- добыча полезных ископаемых;
- энергетическая промышленность;
- обрабатывающая промышленность;
- транспорт;
- сельскохозяйственное производство (растениеводство, животноводство);
- здравоохранение (создание зон отдыха, курортов);
- охрана природы (создание заповедников, борьба с эрозией почв,
рекультивация ландшафтов, воспроизводство и т.д.)
Последствия воздействия человека на природную среду проявляются в
виде антропогенных факторов, которые объединяются в 4 основные группы:
1)
факторы-тела
(рельеф,
водоемы,
каналы,
сооружения,
интродуцированные организмы и пр.) обладают пространственной
определенностью и долговременностью действия;
2)
факторы-вещества
(химические
вещества,
радионуклиды,
искусственные химические соединения, аэрозоли, взвеси и др.) при
попадании в природу не имеют пространственной определенности,
постоянно меняют концентрацию и перемещаются в среде, изменяют степень
воздействия на элементы природы в связи с динамикой концентрации в
среде;
3)
факторы-процессы (индивидуальная деятельность человека в природе,
воздействие на природу домашних животных и разводимых растений,
истребление вредных и воспроизводство полезных организмов, добыча
полезных ископаемых, эрозия почв и др.) часто приурочены к ограниченным
40
участкам природы, но иногда охватывают большие пространства, обладают
высокой динамичностью и иногда однонаправлены (коррозия металлов,
эрозия почв и т.д.);
4)
факторы-явления (тепло, свет, радиоволны, вибрация, звуковые
эффекты и пр.) имеют точные параметры от мест производства человеком их
количественные особенности изменяются по строгому градиенту.
По природе антропогенных факторов основные экологические
последствия деятельности человека объединяются в механические,
физические, химические, биологические, ландшафтные.
По времени происхождения и действия: произведенные в прошлом
(прекратившие свое действие, но последствия ощущаются и сейчас истребление, выпас, выжигание и др., а также продолжающие действовать в
настоящее время – водохранилище, посаженный лес и др.) и производимые в
настоящее время (действующие в момент производства – радиоволны, шум,
свет и др., а также действующие определенное время по окончании
производства – СОЗ, вырубленный лес и др.).
Кроме того выделяют классификации по масштабам охватываемого
пространства, по способности параметров к аккумуляции в природе, по
стойкости вызываемых изменений и др.
Лекция № 17-18. Природные ресурсы и проблема их охраны.
Цель: рассмотреть основные классификации природных ресурсов, проблему
обеспеченности
общества
ресурсами,
основы
рационального
природопользования
План
1. Характеристика природных ресурсов Земли. Их классификация.
2. Проблема обеспеченности человеческого общества природными
ресурсами
3. Рациональное
природопользование.
Разработка
малоотходных
технологий.
4. Загрязнение окружающей среды в процессе добычи природных ресурсов.
Краткий конспект лекции № 17-18
Природные ресурсы – природные объекты, которые используются
человеком и способствуют созданию материальных благ.
Природные ресурсы классифицируют по нескольким признакам:
по
использованию
(хозяйственная
классификация)
–
производственные, эстетические, научные и др.;
- по принадлежности к компонентам окружающей среды (естественная
классификация) – земельные, водные, лесные и др.;
- по исчерпаемости (эколого-экономическая классификация) неисчерпаемые (космические, климатические, водные), исчерпаемые
(возобновимые, относительно возобновимые, невозобновимые).
41
Наиболее часто используется классификация по исчерпаемости, и
именно она ориентирует человека на бережное отношение к исчерпаемым
природным ресурсам.
Огромную роль в народном хозяйстве, в первую очередь в
промышленности, играет минеральное сырье. Полезные ископаемые дают
около 75% сырья для химической промышленности, на продукции недр
работают почти все виды транспорта, разнообразные отрасли
промышленного производства.
Особенно высокого уровня потребность в минеральных ресурсах
достигла в период научно-технической революции. При этом темпы
использования запасов полезных ископаемых продолжают нарастать. Так, за
последние 20 лет потребление нефти возросло в 4 раза, природного газа  в
5, бокситов  в 9, каменного угля  в 2 раза. То же самое происходит с
железными рудами, фосфатами и другими минералами. Соответственно с
ростом добычи общие запасы минерального сырья на Земле неизбежно
уменьшаются. По данным статистического ежегодника ООН, разведанные
мировые запасы каменного угля будут истощены примерно к 2500 г., нефти к 2100 г., природного газа - к 2020 г., урана - к 2030 г., железной руды - к
2050 г.
Процесс сокращения запасов минеральных ресурсов на нашей планете
будет продолжаться и дальше. И это несмотря на то, что в результате
интенсивной геологической разведки в разных регионах мира открываются и
будут открываться новые запасы минерального сырья. Необходимо помнить,
что нефть, уголь, железная руда и другие минеральные ресурсы
невозобновимы (в обозримой перспективе). Это обстоятельство вызывает
необходимость охраны недр, более разумного, комплексного использования
минеральных богатств.
Проблема обеспечения промышленности минеральным сырьем со всей
остротой встает уже в настоящее время. Основа нехватки минеральных
ресурсов в том, что человечество берет из недр Земли во много раз больше,
чем использует. Потери ценнейшего минерального сырья происходят при его
добыче, обработке и транспортировке.
О масштабах потерь при добыче сырья можно судить по следующим
показателям. Так, при шахтной добыче теряется от 20 до 40% каменного
угля, утрачивается от половины до двух третей добываемой нефти и еще
больше  строительного камня. При открытой добыче потери уменьшаются
до 10%.
Значительны потери и при обработке сырья. При обогащении руды
перед выплавкой металла вместе с нерудными минералами в отвалы
выбрасывается немало концентрата, содержащего металл. Кроме того, в
отвал попадает много ценных включений, которые не всегда считают
выгодным извлекать из руды. Например, при обогащении руд цветных
металлов потери серебра могут достигать 80 %, цинка – 40-70 %.
Потери не прекращаются и после получения готового продукта,
например металла. На заводах ежегодно уходят в стружку миллионы тонн
42
металла. Потери, возникающие при обработке минерального сырья, иногда
происходят от недостаточно высокого уровня технологического процесса на
предприятии. Однако нередки случаи бесхозяйственного отношения к
потерям минеральных богатств.
Значительны потери и при транспортировке добытого или уже
переработанного сырья. Общеизвестны потери при перевозках нефти и
нефтепродуктов (утечка, аварии, использование загрязненных другими
продуктами цистерн), каменного угля, цемента, минеральных удобрений
(просыпаются в щели вагонов, выдуваются ветром на открытых платформах,
теряются при разгрузках) и т.д.
Для решения проблемы обеспечения минеральным сырьем необходимы
действенные меры по его охране. Охрана этого невозобновляющегося
природного ресурса должна пойти по пути рационального, экономного
использования, с тем чтобы его запасы в биосфере как можно дольше не
истощались. Для этого необходимо прежде всего свести до минимума потери
сырья при его добыче, обработке и транспортировке.
Рациональное природопользование – это система деятельности,
призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных условий и
ресурсов и наиболее эффективный режим их воспроизводства с учетом
перспективных интересов экономики и сохранения здоровья людей.
Основными рациональными подходами, широко использующимися в
настоящее время, являются полное извлечение из породы основного сырья,
вторичное использование отходов обогащения, вовлечение в использование
бедных руд, комплексное использование сырья.
Большое значение в сохранении месторождений полезных ископаемых
имеет использование вторичного сырья, в частности металлолома. Так, 100
млн. т металлолома позволяют сэкономить 200 млн. т руды, 130 млн. т угля,
40 млн. т топлива. Среди мер охраны минерального сырья следует упомянуть
его замену синтетическими материалами. Металлы с успехом заменяются
пластмассами, и это направление сохранения сырья будет развиваться и
дальше.
Позитивный эффект в охране минеральных ресурсов может быть
достигнут путем повышения мощности машин и оборудования при
одновременном
уменьшении
их
габаритов,
металлоемкости,
энергопотреблении и снижении стоимости на единицу конечного полезного
продукта. Уменьшение металлоемкости и энергетических затрат – это
одновременно и борьба за охрану недр.
Лекция № 19-21. Глобальные экологические проблемы человечества.
Цель: рассмотреть причины возникновения основных глобальных
экологических проблем и пути их решения
План
1. Проблема роста народонаселения.
2. Проблема исчерпания энергетических и сырьевых ресурсов.
3. Проблема продовольствия и воды.
4. Пути решения глобальных экологических проблем человечества.
43
Краткий конспект лекции № 19-21
Человек до тех пор, пока численность его была мала, был лишь одним
из биологических видов, обитающих на Земле, подчиняясь тем же законам,
что и другие организмы, и влияние его на функции природных систем и
биосферы в целом было незначительным. Главной причиной воздействия
человека на биосферу является все увеличивающаяся его численность. Так,
полагают, что примерно 9 тыс. лет назад на Земле жило не более 10 млн.
человек, в начале нашей эры - 200 млн., в 1000 году - 175 млн., в середине
XVII века - 500 млн., в 1950 – 2,5 млрд., в 1964 – 3,2 млрд., а в 1975 - около
4,5 млрд., сейчас - более 6 млрд. По данным ООН, в период с 1975 по 1985
отмечен самый высокий процент прироста численности населения 2 - 2,1%. В
2008 г. население Земли составило 6,6 млрд., а к середине XXI века - 12,5
млрд. Рост численности населения и интенсивный прогресс техники
породили возникновение своеобразного антропогенного обмена между
человеческим обществом и средой. Однако этот антропогенный обмен
крайне несовершенен. Он носит открытый незамкнутый характер и лишен
того круговорота, который присущ биосфере в целом.
На протяжении большей части человеческой истории рост
численности народонаселения был малозаметен. Однако на протяжении XIX
в. этот процесс стал набирать темпы и чрезвычайно резко ускорился в первой
половине XX в. (рис. 2). Это дало повод аналитикам говорить о
«демографическом взрыве».
Население,
млрд. чел.
7
6
5
4
3
2
1
годы
0
н.э
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Рис. 2. Рост населения Земли с начала новой эры до 2000 г.
(по А.В. Михееву и В.М. Галушину)
Среди главных причин, вызвавших столь бурное изменение
демографической ситуации, обращают на себя внимание прежде всего
достигнутые к этому моменту успехи профилактической и излечивающей
медицины, способствовавшие существенному снижению относительных
показателей смертности населения (в том числе детской), а также рост
потребности производства в рабочей силе.
Согласно данным, приводимым К.М. Петровым, население мира
увеличивается сегодня примерно на 90 млн. человек в год. Однако плотность
44
населения в различных районах весьма неодинакова. Это проявляется даже в
пределах отдельных стран, где, как правило, большая часть населения
концентрируется в городах. Основной прирост населения Земли приходится
на развивающиеся страны (рис. 3).
Население,
млрд.
10
человек
9
8
Народонаселение мира
7
Разв ив ающиеся
страны
6
5
Разв итые ст раны
4
3
2
1
0
1750
годы
1800
1850
1900
1950
2000
2050
2100
Рис. 3. Рост численности народонаселения в развитых
и развивающихся странах (по К.М. Петрову)
Быстрый рост населения в них провоцирует обострение экологических и
социальных проблем, такие, как дефицит продовольствия, возникновение и
распространение эпидемий инфекционных заболеваний, периодически
вспыхивающие межэтнические, религиозные и кастовые конфликты,
возникающие вследствие ужесточения конкуренции за территории и
расположенные там ресурсы, а также все более усугубляющееся отставание в
уровне культурного развития.
В.А. Красилов выделил и описал некоторые негативные последствия
роста численности населения Земли. Среди них заслуживают особого
внимания рост материального потребления, рост городских агломераций,
загрязнение среды, падение уровня жизни, изменение структуры населения и
его скученность.
Демографическая емкость нашей планеты большинством экологов
оценивается в 1,01,5 млрд. человек (при идеальных общественноэкологических условиях). Фактическое ее население в конце XX в. вплотную
приблизилось к рубежу в 6 млрд. человек (1999 г.). Сегодня Земля, по
оценкам специалистов, перенаселена не менее чем в 3 раза. Однако рост
населения, по-видимому, будет продолжаться, так как пищевые ресурсы
вопреки регионально существующему голоду и недоеданию достаточны для
жизни более 15 млрд. человек.
Так называемый демографический переход, знаменующий начало
снижения числа жителей Земли, произойдет по современным прогнозам не
ранее середины XXI в., когда популяция людей может достигнуть 12 млрд.
45
человек. Десятикратное превышение оптимума численности населения в
соответствии с емкостью Земли чревато включением так называемых
экологических факторов, зависящих от плотности населения. Высокая
численность населения и его подвижность способствуют распространению
опасных для здоровья и жизни людей болезней. Теоретически вероятны
шквалы заболеваний, например, пандемии гриппа, неконтролируемое
лавинообразное распространение ВИЧ-инфекции и др. Многие специалисты
отмечают, что чем выше будет численность и плотность населения, хуже
состояние общего здоровья, тем катастрофичнее будут последствия
эпидемий и пандемий.
Подобное развитие событий отнюдь не обязательно, если будут учтены
экологические закономерности и ограничения, если человечество вложит
значительные силы и средства в сферу оптимизации своего воспроизводства.
Проблема народонаселения потенциально вполне разрешима. Уже сегодня
демографические процессы в мире имеют существенно различную
региональную специфику, вплоть до их противоположной направленности.
Во многих развитых странах Европы и Северной Америки годовой
прирост населения составляет примерно 1% и продолжает сокращаться.
Иная ситуация складывается в большинстве развивающихся стран, где
быстрый рост населения затрудняет повышение уровня его благосостояния,
порождает сложные социально-экономические проблемы. Поэтому многие
страны Азии и Африки реализуют программы ограничения рождаемости,
осуществляя «планирование семьи».
Потребность в энергии  одна из основных жизненных потребностей
человека. Энергия нужна не только для нормальной деятельности
современного сложноорганизованного человеческого общества, но и для
физического существования отдельного человеческого организма. Для поддержания жизни человеку требуется примерно 3 тыс. килокалорий в сутки.
Около десяти процентов потребной энергии человеку обеспечивают
продукты питания, остальную  промышленная энергетика. Ускорение
темпов научно-технического прогресса и развитие материального
производства сопряжены со значительным ростом затрат энергии. Поэтому
развитие энергетики представляется одним из важнейших условий
экономического роста современного общества.
Долгое время энергетической базой служило ископаемое топливо,
запасы которого неизменно сокращались. Поэтому в последнее время задача
поиска новых источников энергии  одна из наиболее актуальных задач
современности.
Непрерывный рост потребления энергии ставит перед человечеством
проблему поиска новых ее источников. Сюда следует отнести
геотермальную, солнечную, ветровую и термоядерную энергии,
гидроэнергию.
46
Теплоэнергетика. Основным источником энергии в Казахстане и
странах бывшего СССР является тепловая энергия, получаемая от сгорания
органического топлива  угля, нефти, газа, торфа горючих сланцев.
Нефть, а также ее тяжелые фракции (мазут) широко используются в
качестве топлива. Однако перспективы применения данного вида топлива
выглядят сомнительными по двум причинам. Во-первых, нефть ни при каких
условиях не может быть отнесена к разряду «экологически чистых»
источников энергии. Во-вторых, ее запасы (в том числе и неразведанные)
ограничены.
Газ как топливо используется также очень широко. Запасы его хотя и
велики, но тоже небезграничны. Сегодня известны способы извлечения из
газа некоторых химических веществ, в том числе водорода, который в
будущем может быть использован как универсальное «чистое» топливо, не
дающее какого-либо загрязнения.
Уголь имеет не меньшее значение в тепловой энергетике чем нефть и
газ. Он используется так же как топливо в виде кокса получаемого в
результате нагревания каменного угля без доступа воздуха до температуры
9501050°С. В настоящее время разработан способ наиболее полного
использования угля путем его ожижения.
Гидроэнергетика. Энергия гидроэлектростанций безвредна для
окружающей среды. Однако само по себе строительство водохранилищ на
равнинах чревато отрицательными последствиями, наиболее существенным
из которых является затопление обширных полезных (сельскохозяйственных
и др.) земельных угодий.
Атомная и термоядерная энергия. Долгое время решение проблемы
энергетического кризиса связывали преимущественно с развитием атомной, а
в перспективе  термоядерной энергетики, последняя из которых с
современной точки зрения обладает практически неисчерпаемыми
топливными ресурсами. Принято было считать, что одним из важнейших
преимуществ атомной энергетики является ее «экологическая чистота».
Действительно, при благоприятных условиях ядерные электростанции дают
значительно меньше вредных выбросов, чем электростанции, работающие на
органическом топливе.
Позиции атомной энергетики были серьезно подорваны аварией на
Чернобыльской атомной станции (1986 г.), последствия которой привели к
нагнетанию в обществе страха перед возможными в будущем еще более
серьезными катастрофами.
Геотермальная энергетика. Запасы тепла в глубинах земных недр
практически неистощимы, и использование его с позиций охраны
окружающей среды весьма перспективно. Температура скальных пород с
заглублением на 1 км повышается на 13,8°С и на глубине 10 км достигает
140150°С. Известно, что во многих районах уже на глубине 3 км
температура пород достигает 100°С и больше.
47
В настоящее время в некоторых странах мира  России, США, Японии,
Италии, Исландии и др.  используют тепло горячих источников для
выработки электроэнергии, отопления зданий, подогрева теплиц и парников.
Эксплуатация геотермальных вод требует решения вопроса сброса и
захоронения отработанных минерализованных вод, поскольку они могут
оказать вредное влияние на окружающую среду.
Энергия Солнца. Этот вид энергии признается одним из наиболее
экологически «чистых» и перспективных.
Преимущества солнечной энергии состоят в ее доступности,
неисчерпаемости, отсутствии побочных, загрязняющих среду продуктов. К
недостаткам следует отнести низкую плотность и прерывистость
поступления на поверхность Земли, связанную с чередованием дня и ночи,
зимы и лета, погодными изменениями.
В настоящее время солнечная энергия используется в ограниченных
масштабах в жилых и других зданиях. Наиболее освоены устанавливаемые
на крышах солнечные батареи, обеспечивающие дешевую горячую воду для
бытовых нужд.
Энергия ветра, морских течений и волн. Оба эти источника энергии
«чистые», использование их не загрязняет окружающую среду. Эти
источники давно начали использоваться, эксплуатация их расширяется и
будет расширяться в дальнейшем. Однако пока доля этих источников в
энергоснабжении незначительна.
Необходима реализация комплексной программы использования разных
видов энергии, включающей в себя развитие новых технологий, не
загрязняющих биосферу. При этом главные и перспективные направления в
энергетике  это солнечная, атомная, а в отдаленной перспективе 
термоядерная энергетика.
Не менее остро стоит проблема обеспечения населения продуктами
питания и питьевой водой. Более полумиллиарда человек на Земле
хронически голодают. Проблема питания - одна из острейших в современном
мире, хотя кризисные явления в этой области имеют достаточно
продолжительную историю. Сегодня в развивающихся странах 20% жителей
недоедают, 60% страдают из-за недостатка белка в пище. До 204 млн. детей
до 5 лет серьезно страдают от голода, ежедневно 35 тыс. человек умирают от
голода или плохого питания (Медоуз, Медоуз, Рандерс, 1994).
В сельскохозяйственных целях в мире используются 6 млрд. га земель,
площадь сельскохозяйственных угодий составляет примерно 4,7 млрд. га, из
которых на пашни приходится 1,4 млрд. га. Таким образом, на 1 человека
приходится 0,21 га сельхозугодий.
К числу одной из важнейших проблем современности относится
истощение водных ресурсов. Их обилие - кажущееся. Пресная вода является
достаточно большой редкостью - всего лишь 3% от количества воды в
гидросфере. Говоря о воде, доступной человеку для использования,
необходимо учитывать следующее:
48
1) суммарный объем вод суши составляет примерно 900 тыс. км3 - 0,07%
общего объема воды в гидросфере;
2) 75% пресной воды находится в виде льда.
Уже сейчас 1/3 населения планеты испытывает недостаток в пресной
воде. Число людей в мире, болеющих диареей и гельминтозами в результате
отсутствия у 40 % населения водоснабжения и канализации, составляет 900
млн. и 904 млн. соответственно.
Быстрый рост населения и бурное развитие промышленности привели
к тому, что недостаток воды уже начали испытывать не только страны,
которые природа ею обделила, но и многие из тех, какие еще недавно
считались в этом отношении полностью обеспеченными. Важно отметить,
что главные аспекты водной проблемы не связаны ни с общей нехваткой
воды на Земле, ни с разладкой механизма круговорота. Основной вопрос в
том, как люди используют пресную воду. Главные ее потребители промышленность и сельское хозяйство. Много воды расходуется в сельском
хозяйстве на орошение. При этом сильно возрастает испарение. Оно
увеличивает количество влаги в атмосфере, что в отдельных районах может
вызвать местное усиление осадков. При создании водохранилищ так же
увеличивается расход на испарение и соответственно уменьшается объем
стока. Влияют на него и лесопосадки на полях.
Лекция № 24-25. Устойчивое развитие человечества на современном
этапе.
Цель: рассмотреть концепцию устойчивого развития, изучить прогнозы
глобального развития человечества и материалы конференций ООН по
окружающей среде и развитию
План
1. Понятие об устойчивом развитии (УР). УР как возможность выживания
человечества.
2. Глобальное развитие Земли по данным Дж. Форрестера, Д. Медоуза, М.
Месаровича, В. Леонтьева.
3. Материалы Международных конференций ООН: РИО-92, РИО+5,
РИО+10.
Краткий конспект лекции № 24-25
Введенный в широкое обращение докладом Комиссии Брундтланд
(Наше общее будущее, 1987) и затем канонизированный в Рио-де-Жанейро
на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в 1992 г. термин
устойчивое развитие
(УР) широко обсуждается в научной и
публицистической литературе и прочно укоренился в коммуникационной
системе мирового сообщества. В российскую информационную среду он
вошел с переводом книги «Наше общее будущее» в 1989 г. В этом издании
английский термин был переведен на русский язык как УР.
В конце 1960-х годов в Канаде был впервые использован термин для
обозначения максимальных уловов рыбы, которые могут производиться в
водоемах на протяжении десятилетий. В середине 1970-х годов его сменил
49
термин «sustainable», который подразумевал, в отличие от предыдущего, не
максимальное, а оптимальное использование доступных ресурсов при
обязательном условии сохранения (при необходимости — восстановления)
соответствующей популяции.
Сам термин УР приписывается Барбаре Уорд, которая использовала
его в середине 1970-х годов, а концепция была сформулирована во «Всемирной стратегии охраны окружающей среды» (1980), представленной
Международным союзом охраны природы и природных ресурсов. В данном
исследовании было показано, что развитие нельзя обеспечить без сохранения
окружающей среды, однако эту работу справедливо критиковали за слабость
анализа социальных аспектов.
Л. Браун в 1981 г. начал применять термин «sustainable development»
вне рамок экологии, хотя и в связи с ней, к развитию городов, сельского
хозяйства, промышленности и других сфер человеческой деятельности.
Глобальное распространение термин получил после публикации доклада
Комиссии Брундтланд «Наше общее будущее». В эту комиссию входил и Л.
Браун.
Таким образом, УР — не новая концепция, так как и в 1960-е, и в 1970-е
годы обсуждались проблемы такой модификации экономики, при которой на
основе рационального использования всех видов ресурсов, применения
новых технологий и организационных мер будет обеспечено сохранение
природы и условий для развития общества.
Но именно в докладе Комиссии Брундтланд идее устойчивого развития
было придано политическое звучание, а конференция в Рио-де-Жанейро
подчеркнула ее международную и экономическую составляющие, особенно
акцентируя внимание на социальном аспекте развития. Именно ее выводы и
составили теоретико-методологическую и концептуальную основу решений,
принятых в рамках Рио-92, о необходимости для цивилизации выхода на
уровень устойчивого развития. В результате устойчивое развитие стало
наиболее важной парадигмой конца XX века.
В настоящее время понятие УР трактуется, по крайней мере, в двух
смыслах: узком и широком.
В узком смысле внимание акцентируется преимущественно на его
экологической составляющей, что связывается с оптимизацией деятельности
по отношению к биосфере. Такой подход характерен, к примеру, для
специализированных
учреждений
ООН.
Так,
специалисты
Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО)
ассоциируют выход на уровень УР с таким управлением аграрным сектором,
который обеспечивал бы удовлетворение основных потребностей настоящих
и будущих поколений при сохранении традиционного природно-ресурсного
потенциала биосферы.
В широком смысле УР трактуется как процесс, обозначающий новый
тип функционирования цивилизации, основанной на радикальных
изменениях ее исторически сложившихся параметров (экономических,
социальных, экологических, культурологических и др.). В качестве примера
50
подхода подобного рода может рассматриваться определение, предложенное
«комиссией Брундтланд». По существу, ставится задача оптимального
управления не только природно-ресурсным потенциалом, но и всей
совокупностью природно-социокультурного богатства, которым располагает
цивилизация на конкретном этапе всемирно-исторического развития (с
учетом прогностического его контекста).
Впервые на основе компьютерного системного анализа и теории
многоуровневых иерархических систем создать математические модели
глобального динамического единства экономических, технических,
социальных и экологических систем попытались члены Римского клуба. Они
поставили своей целью построить прогнозы близкого будущего и
представить мировому сообществу доводы о необходимости мер для
предотвращения глобального эколого-экономического кризиса.
В 1971 г. Дж. Форрестер в книге «Мировая динамика» привел
результаты расчетов возможных вариантов мирового развития. По одному из
сценариев, выходило, что при сохранении в будущем тенденций развития,
характерных для 60-х гг., численность населения планеты к 2030-2050 гг.
достигнет 6,5 млрд., после чего в результате резкого истощения природных
ресурсов, загрязнения и других непоправимых изменений окружающей
среды начнется вымирание людей, которое за 20-30 лет приведет к снижению
численности населения Земли до 1,5-2 млрд. человек. Довольно быстро стало
ясно, что прогноз Форрестера недостаточно надежен (численности 6,5 млрд.
человечество достигло гораздо раньше, а глубокое истощение ресурсов
отодвигается), но многие выявленные тенденции и примененные приемы
анализа сохранили свое значение.
В 1972 г. был опубликован первый доклад Римского клуба – «Пределы
роста», составленный группой авторов под руководством Д. Медоуза. В нем
прослеживалась динамика численности населения, производства продуктов
питания, промышленных товаров, потребления ресурсов и загрязнения среды
с экстраполяцией до 2000 г. Рассматривались четыре сценария: продолжение
истощения ресурсов («бизнес как обычно»); неограниченность ресурсов;
ограничение роста населения и техногенеза и стабилизационный сценарий
(рис. 4). В докладе «Пределы роста» приближены прогнозируемые сроки
кризиса по сравнению с оценками Форрестера и обосновывается
неизбежность ограничения физических объемов экономического роста.
Делается вывод, что сохранение темпов промышленного роста приведет
человечество к порогу гибели уже в конце века.
В «Мировой динамике» и в «Пределах роста» недостаточно
учитывалась эколого-экономическая мозаичность и пестрота мира. Поэтому
в следующем проекте Римского клуба – «Человечество у поворотного
пункта» (1974), подготовленном под руководством М. Месаровича и Э.
Пестеля, осуществлена региональная дифференциация динамики и
прогнозов экономического развития и экологических ситуаций. Мир
представлен в виде десяти регионов (Северная Америка, Западная Европа,
Япония, Австралия и Южная Америка, СССР и Восточная Европа, Латинская
51
Америка, Северная Африка и Ближний Восток, Тропическая Африка, Южная
Азия и Китай). Авторы приходят к выводу, что миру угрожает не глобальная
катастрофа, а серия региональных кризисов, часть из которых наступит
раньше, чем предсказывали Форрестер и Медоуз. Итог анализа - обоснование
необходимости «ограниченного роста».
Рис. 4. Прогнозное моделирование развития современной цивилизации
Варианты мировой динамики при условиях: А - продолжения активного истощения
природных ресурсов; Б - неограниченности ресурсов; В - ограничения роста населения и
техногенеза; Г - стабильного состояния; 1 - ресурсы; 2 - продукты питания на душу
населения: 3 - численность населения; 4 - промышленные продукты на душу населения; 5
- загрязнение среды. Шкала времени - с 1900 по 2100 гг.
Глобальные прогнозы первой половины 70-х гг. были подвергнуты
разносторонней критике, но они оказали большое влияние на
природопользование и программы энерго- и ресурсосбережения в развитых
странах, продовольственные программы и меры по планированию семьи в
развивающихся
странах.
Они
стимулировали
совершенствование
последующих моделей и построение новых прогнозов, главным образом
региональных и национальных, основанных, как правило, на нормативном
подходе.
Начиная с 80-х гг. глобальные и региональные модели развития не
стремятся к универсальности и приобретают характер более строгих
проблемных
прогнозов
общеэкономических,
демографических,
энергетических, продовольственных, климатических. Понятия пределов
роста и пределов ресурсов органично входят в их методологию и уже не
несут оттенка сенсационности. Сухие научные выводы этих прогнозов
указывают
на
глубокий
кризис
материально
ориентированного
общественного развития и на необходимость пересмотра системы ценностей,
к которой привыкло человечество. Несмотря на первоочередную
потребность в экологических прогнозах, они разработаны как раз наименее
52
детально и остаются ненадежными. Главная причина заключается в том,
что в экологии для динамического описания природных систем и
окружающей среды необходим несравненно больший объем информации,
чем, например, в экономике, демографии, энергетике или технике.
Моделирование состояния окружающей среды потребовало привлечения
сложного математического инструментария. В большинстве моделей
экологические прогнозы строились лишь в связи с экономикой и
безопасностью человека, т.е. на ограниченной основе, не учитывающей
самоценности природных систем и биотической регуляции окружающей
среды. При этом часто допускались ошибки, обусловленные недооценкой
уже сложившейся экологической ситуации.
Одним из наиболее значительных шагов в международной экополитике
конца ХХ в. стала прошедшая в 1992 г. в Рио-де-Жанейро Конференция ООН
по окружающей среде и развитию на уровне глав государств и правительств.
РИО – беспрецедентное событие, собравшее больше глав правительств, чем
какая-либо иная встреча в истории (главы 114 государств, представители
около 1600 НПО, дипломаты из 178 стран). Она приняла следующие
документы основополагающего значения, которым обязались следовать все
страны мира при выработке направлений своего развития.
Документы РИО:
1.
«Декларация Рио-де-Жанейро по окружающей среде и развитию»;
2.
«Повестка дня на 21 век»;
3.
Рамочная конвенция ООН по изменению климата;
4.
Конвенция ООН о биологическом разнообразии;
5.
Заявление о принципах в отношении лесов.
Основным документом Конференции является «Декларация Рио-деЖанейро по окружающей среде и развитию». Суть ее заключается в
признании того, что путь, который прошли развитые страны к своему
благополучию, обусловленному в значительной мере нещадной
эксплуатацией природы и использованием не только своих, но и ресурсов
остальной части мира, неприемлем – недопустимо его повторение
развивающими странами. Крайне важно твердо придерживаться принципов
Декларации РИО, обеспечивающей экономический рост только во
взаимосвязи с процессами социального развития и экологической
безопасности.
Самым важным и долговременным документом Конференции стала
«Повестка дня на 21 век». Это программный документ глобальной
экологической деятельности. В нем 4 раздела и 40 глав.
Раздел 1 «Социальные и экономические аспекты» определяет основные
формы международного сотрудничества, а также необходимость
преимущественного вклада развитых стран в борьбу с нищетой и в
достижении цели всеобщего УР.
В разделе 2 «Сохранение и рациональное использование ресурсов в
целях развития» ставятся задачи по защите атмосферы, по борьбе с
обезлесением, по оптимальному использованию земель, по использованию
53
уязвимых экосистем (особенно пустынь и горных районов), по защите
океанов и т.д.
Раздел 3 «Усиление роли основных групп населения» посвящен
глобальным действиям в интересах женщин, детей, молодежи, коренных
народов, местных общин, усилению роли трудящихся, деловых кругов и т.д.
Раздел 4 «Средства осуществления» определяет те национальные
механизмы и формы международного сотрудничества, которые могут
воплотить в жизнь все вышеназванные проекты.
В июне 1997 г. (Нью-Йорк) состоялась 19 специальная сессия
Генеральной Ассамблеи ООН по вопросам экологии и УР (РИО+5). На
сессии выступил Президент Республики Казахстан Н.А. Назарбаев с
докладом «Экономический рост только при условии социального развития и
экологической безопасности», в котором он предложил разработать кадастр
глобальных проблем.
В конце 2002 г. (Йоханнесбург, ЮАР), через 10 лет после РИО,
состоялся Саммит ООН по проблемам УР (РИО+10).
На Саммите была принята Йоханнесбургская декларация по
устойчивому развитию, в которой отмечалось «Тридцать лет назад в
Стокгольме мы согласились с тем, что необходимо принять срочные
меры для решения проблемы деградации окружающей среды. Десять лет
назад на Конференции ООН по окружающей среде и развитию,
проведенной в Рио-де-Жанейро, мы согласились с тем, что охрана
окружающей среды и социально-экономическое развитие имеют
огромное значение для устойчивого развития на основе Рио-деЖанейрских принципов. В целях обеспечения такого развития мы приняли
глобальную программу, озаглавленную «Повестка дня на XXI век», и Рио-деЖанейрскую декларацию по окружающей среде и развитию,
приверженность которым мы вновь подтверждаем. Рио-де-Жанейрская
конференция была важной вехой, поскольку на ней была определена
новая повестка дня для устойчивого развития.
В перерыве между встречами в Рио-де-Жанейро и Йоханнесбурге
народы всего мира собирались на несколько международных конференций
под эгидой
ООН,
включая
Международную
конференцию
по
финансированию развития, а также Конференцию министров в Дохе. На
этих конференциях для всего мира было выработано общее видение
ожидающего человечества будущего.
На Встрече на высшем уровне в Йоханнесбурге мы достигли
многого, сведя вместе богатую палитру народов и мнений в рамках
конструктивного поиска общего пути к миру, который уважает и
претворяет в жизнь идею устойчивого развития. Встреча на высшем
уровне в Йоханнесбурге подтвердила также, что был достигнут
значительный прогресс в деле достижения глобального консенсуса и
партнерства между всеми народами на нашей планете».
Было подтверждено обязательство уделять особое и первоочередное
внимание борьбе с такими мировыми условиями, которые создают
54
серьезную угрозу устойчивому развитию наших народов и в число которых
входят хронический
голод; недоедание; иностранная
оккупация;
вооруженные
конфликты; проблемы,
связанные
с
незаконными
наркотиками; организованная
преступность; коррупция; стихийные
бедствия; незаконный оборот оружия; торговля людьми; терроризм;
нетерпимость и подстрекательство к расовой, этнической, религиозной и
другой ненависти; ксенофобия, а также эндемичные, заразные и хронические
болезни, включая ВИЧ/СПИД, малярию и туберкулез.
Также был принят План осуществления решений Всемирной встречи
на высшем уровне по устойчивому развитию, в котором содержались
оговоренные по срокам цели в социально-экономической и экологической
области:
1. Сокращение потерь биоразнообразия к 2010 г.;
2. Восстановление рыбных запасов к 2015 г.;
3. Сокращение к 2015 г. вдвое доли людей, не имеющих доступа к
санитарному обслуживанию;
4. Обеспечение безопасного использования химических веществ к 2020 г. и
др.
На Саммите было согласовано множество целей, графиков и
обязательств, но она не принесла каких-либо особенно эффективных
результатов – на ней не было достигнуто договоренностей, открывающих
перспективу заключения новых договоров, а многие из согласованных
целевых показателей были приняты ранее на множестве различных
совещаний более низкого уровня. Как сказал глава ООН К. Аннан: «Надо
осторожней относиться к Саммитам вроде только что прошедшего и не
ждать от него чудес. Я знаю, что есть множество разочарованных людей, и
что мы не достигли всего, чего хотели. Но УР вновь стало на повестку дня, и
это главное».
Лекция № 26-27. Учение о ноосфере.
Цель: рассмотреть теоретическое содержание идеи ноосферы и ноосферную
концепцию В.И. Вернадского
План
1. Теоретическое содержание идеи ноосферы.
2. Возникновение и развитие ноосферы.
3. Ноосферная концепция В.И. Вернадского.
4. Идеи коэволюции природы и общества Н.Н. Моисеева. Их значение и
критика.
Краткий конспект лекции № 26-27
Ноосфера (гр. noos – разум и sphaira –шар, буквально «мыслящая
оболочка») – сфера разума, высшая стадия развития (по В.И. Вернадскому)
биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней
цивилизованного человечества, с периодом, когда разумная человеческая
деятельность становится главным определяющим фактором развития на
Земле.
55
Понятие ноосфера введено французскими учеными Э. Леруа (1927) и
П. Тейяром де Шарденом (1930) и использовано В.И. Вернадским в статье
«Несколько слов о ноосфере» (1944). В этой же статье В.И. Вернадский
писал: «В общежитии обычно говорят о человеке как о свободно живущем и
передвигающемся на нашей планете индивидууме, который свободно строит
свою историю. До сих пор историки, вообще ученые гуманитарных наук, а в
известной мере и биологи, сознательно не считаются с законами природы
биосферы – той земной оболочки, где может только существовать жизнь.
Стихийно человек от нее неотделим». Это означает, что человек должен
следовать законам биосферы и учитывать ограничения, налагаемые этими
законами на развитие цивилизации. При анализе наследия В.И. Вернадского
этому важному положению уделяется все еще недостаточно внимания.
Идеи о ноосфере разбросаны по многим сочинениям В.И.
Вернадского, но нет законченного труда, в котором представления о
ноосфере были бы изложены с такой же полнотой, как о биосфере. Переход в
эпоху ноосферы В.И. Вернадский рассматривал как один из актов
«приспособления» человечества. Все живые организмы приспосабливаются,
но человек включает в этот процесс разум.
В книге «Происхождение человечества и эволюция разума» Э. Леруа
писал: «Начиная с человека, эволюция осуществляется новыми, чисто
психологическими средствами: через промышленность, общество, язык,
интеллект и т.д., и, таким образом, биосфера переходит в ноосферу». Здесь
впервые был предложен термин «ноосфера». Он широко использовался в
главной работе П. Тейяра де Шардена «Феномен человека». В.И. Вернадский
позже отмечал: «Я принимаю идею Леруа о ноосфере. Он развил глубже мою
биосферу».
Наряду с термином «ноосфера» для обозначения всей совокупности
процессов, связанных с разумной деятельностью человека на планете,
предлагались также термины «интеллектосфера» (А. Гумбольдт),
«техносфера» (А.И. Ферсман), «пневматосфера» (П.В. Флоренский),
«семиосфера» (Ю.М. Лотман). Однако именно термин «ноосфера» оказался
наиболее содержательным и перспективным.
Прежде всего аналогично биосфере ноосферу определяют как
географическую оболочку земного шара, в которой основную роль играют
превращения вещества, энергии и информации, связанные с деятельностью
человека. В этом смысле ноосфера появилась одновременно с
возникновением вида человек разумный.
Другой смысл связан с пониманием ноосферы как идеала такой
организации деятельность человека на планете, которая была бы в полном
смысле слова разумной, обеспечивала оптимальную «коэволюцию» (Н.Н.
Моисеев) биосферы и человечества, опирающуюся на гармоничное
существование различных культур, «цветущее многообразие» (К.Н.
Леонтьев) которых не менее важно для устойчивости ноосферы, чем
разнообразие видов для биосферы.
56
Особый интерес к ноосфере стал расти в 1970-х годах, после осознания
необходимости выхода из глобального экологического кризиса, созданного
деятельностью человека.
Ф.Т. Яншина, глубокий исследователь трудов В.И. Вернадского,
выявила в его работах ряд положений, характеризующих условия
ноосферной организации процессов на Земле:
- заселение человеком всей планеты;
- резкое преобразование средств связи и обмена информацией;
- усиление связей, в том числе политических, между странами;
- начало преобладания геологической роли человека над другими
геологическими процессами, протекающими в биосфере;
- расширение границ биосферы и выход в космос;
- открытие новых источников энергии;
- повышение роли народных масс в решении вопросов внешней и
внутренней политики;
- свобода научной мысли и научного поиска от давления религиозных,
философских и политических суждений;
- эффективная система народного образования и жизнеобеспечения;
- ликвидация голода и нищеты, сведение к минимуму болезней;
- разумное преобразование природы Земли, способной удовлетворить
материальные, эстетические и духовные потребности численно
возрастающего населения;
- исключение войн из жизни общества.
Первые несколько условий можно считать уже выполненными. На
Земле не осталось мест, недоступных для человека. Появилась
общепланетная сеть независимых коммуникаций: Интернет, новые средства
переработки информации и усиления интеллектуальных возможностей
человека – компьютеры. Объем горных пород извлекаемых из глубин Земли
всеми шахтами и карьерами мира, почти в 2 раза превышает средний объем
лав и пеплов, выносимых ежегодно всеми вулканами Земли; космос стал
привычной ареной серьезных проектов; возникают мощные международные
общественные и политические структуры, способствующие объединению
человечества. Человеку стали доступны совершенно новые источники
энергии.
Остальные условия пока еще далеки от осуществления. Именно в этих
областях будут протекать основные процессы, связанные с формированием
ноосферы, в первую очередь появление человека «действительно разумного»,
осознавшего свое место и назначение во Вселенной.
Серьезное научное исследование структуры и динамики ноосферы
фактически только начинается в 21 веке, хотя предпосылки для этой работы
созданы в трудах многих выдающихся ученых и мыслителей. Учение о
ноосфере получило развитие в работах русских ученых М.М. Камшилова,
В.П. Казначеева, Н.Н. Моисеева и др. Большой вклад в ноосферологию
сделал Н.Н. Моисеев, посвятивший данной теме множество статей и
монографий. Академик Моисеев активно развивал идею о «коэволюции
57
человека и биосферы», которую высказал замечательный русский ученый
Н.В. Тимофеев-Ресовский в 60-е годы. Менее известен, но не менее значим
вклад в ноосферологию одного из «русских энциклопедистов» П.Г.
Кузнецова, воодушевившего также идеей ноосферы и учением В.И.
Вернадского крупного американского мыслителя и общественного деятеля,
физика и экономиста Л. Ларуша, опубликовавшего в 2000 г. книгу,
посвященную экономике ноосферы «Экономика ноосферы».
Ноосферное мировоззрение исходит из представлений об особой роли
человека во Вселенной как единственного носителя разума и стремится
выработать диалог между людьми разных культурных традиций,
национальностей, религиозных конфессий и поколений. Оно основывается:
- во-первых, на науке, которая опирается на требования ответственности
человека за планету;
- во-вторых, на религиозных убеждениях, не противоречащих данным
науки в пределах их доказанности, определяющих общие представления
человека и смысле его существования во Вселенной;
- в-третьих, на философии, требующей подвергать сомнению все ради
установления истины.
Лекция № 28-30. Актуальные проблемы глобальной экологии.
Цель: рассмотреть такие глобальные проблемы актуальной экологии, как
разрушение озонового слоя, потепление климата, опустынивание, понять их
причины, выяснить пути решения
План
1. Целостность и устойчивость биосферы. Энергетический и водный баланс
в биосфере.
2. Глобальные кризисные экологические ситуации: проблема озоносферы.
3. Глобальная проблема изменения климата Земли.
4. Проблема опустынивания.
Краткий конспект лекции № 28-30
На протяжении миллионов лет эволюции на планеты сформировались
многочисленные процессы, обеспечивающие стабильность и устойчивость
биосферы. Антропогенная деятельность нарушает данные естественные
процессы, приводя к региональным и глобальным экологическим проблемам.
Одной из современных глобальных проблем является проблема
разрушения озонового слоя. Область максимальной концентрации озона всего 8 ррm (8 частей на миллион частей воздуха) - получила название
озонового слоя. Озоновый слой охватывает весь земной шар и располагается
на высотах 20-40 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25
км.
Озоновый слой появился вместе с появлением в земной атмосфере
кислорода. Озона в атмосфере очень мало, всего 4х1-7 об. % (3,3 млрд. т).
Если собрать весь озон атмосферы в один слой, то при нормальных условиях,
т.е. при давлении 1 атм. и температуре 0 °С он будет иметь толщину всего
58
лишь 3 мм, при этом все другие газы, входящие в состав воздуха земной
атмосферы, образуют слой толщиной 8 км.
Минимальная концентрация наблюдается над экваториальным поясом,
и она возрастает в направлении полюсов. Что касается распределения
концентрации О3 по высоте, то наибольшие концентрации приходятся на
высоты от 15 до 40 км с максимумом при 24-27 км над экватором и 13-15 км
над полярными областями обоих полушарий.
В озоновом слое только одна молекула из 100 тыс. - молекула озона,
однако этого количества вполне достаточно, чтобы говорить о защитных
свойствах озонового слоя, поскольку озон обладает очень сильным
поглощением. Он полностью поглощает всю энергию ультрафиолетовой
(УФ) радиации Солнца в полосе от 2900 до 2200 А, что совершенно
исключает попадание на поверхность Земли губительных для всего живого
солнечных лучей короче 2900 А. Кроме того, озон поглощает также
инфракрасное излучение Земли, препятствуя ее охлаждению. Определяя
верхний предел жизни в биосфере, озоновый защитный слой, естественно,
привлекает к себе особое внимание.
Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой
общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено
пространство с пониженным (до 50 %) содержанием озона - «озоновая дыра».
С тех пор замечено повсеместное уменьшение озонового слоя на всей
планете.
Наиболее опасные для человека последствия истощения озонового слоя
– увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Согласно
официальным данным ООН, сокращение озонового слоя всею на 1% означает появление в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака
кожи. Установлено также, что растения под влиянием сильного УФ излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты
водных экосистем. Таким образом, помимо негативного влияния па здоровье
истощение озонового слоя приводит к усилению парникового эффекта,
снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей
среды.
Из компонентов атмосферы, влияющих на разрушение озона, в первую
очередь следует указать кислород, оксиды азота, водяной пар и фреоны.
В целях сохранения озонового экрана, в 1985 г. в Вене была принята
Конвенция об охране озонового слоя, а в 1987 г. в Монреале подписан
международный Протокол о сокращении выбросов озоноразрушающих
веществ, прежде всего фреонов, способных сохранятся в атмосфере до ста
лет. Однако Протокол до сих пор не ратифицирован многими странами ЕС.
Несмотря на ограничительные меры, принятые мировым сообществом
в рамках Венской конвенции и Монреальского протокола, озоновый слой
продолжает истощаться с более высокой интенсивностью, чем предполагалось: в пределах 0,5 - 0,7 % в год от общего содержания.
59
В число факторов, влияющих на общее содержание стратосферного
озона, кроме выбросов галогенсодержащих компонентов из антропогенных
источников, входят и естественные явления: сложные динамические
процессы в верхних слоях атмосферы; вариации притока солнечной радиации
в УФ диапазоне спектра и притока протонов и электронов солнечного ветра;
гетерогенные процессы на поверхности аэрозольных частиц.
Для сохранения озонового пояса Земли существуют как пассивные
методы (уменьшение выбросов в атмосферу фреонов, замена их
экологически безопасными веществами), так и активные. В качестве
заменителей фреонов предложена целая серия галогенсодержащих
органических соединений. Активные методы можно условно разделить на
две группы. В первую группу входят предложения, которые направлены на
очищение атмосферы Земли от тех вредных веществ, которые в нее уже
выброшены, во вторую — те из них, которые направлены на выработку
дополнительного количества озона, компенсирующего его убыль.
Одна из самых актуальных глобальных проблем - это изменение
климата. Тема, которая вызывает наибольшее беспокойство руководителей
многих стран, ученых, политиков, общества. Изменение климата затрагивает
основные элементы жизни людей - доступ к воде, продуктам питания, здоровье и экологию. В результате потепления сотни миллионов людей могут
страдать от голода, нехватки воды и от наводнений.
При всем разнообразии температурного режима на Земле основные
источники поступления энергии и ее потерь остаются всегда теми же
самыми. Но в зависимости от различных событий планетного масштаба их
эффективность может меняться, что ведет к изменениям климата. Изменения
теплового баланса в естественных условиях связаны либо с изменениями
солнечной активности, либо с изменениями альбедо.
Наибольшую угрозу для теплового баланса Земли создает увеличение
концентрации в атмосфере углекислого газа. За последние десятилетия
содержание углекислого газа в атмосфере повысилось на 12-15%.
Углекислота поглощает инфракрасное излучение, поэтому она не влияет на
приток к поверхности планеты световой энергии, но препятствует излучению
тепла в пространство. Эта роль углекислого газа аналогична роли стеклянной
крыши теплицы или парника, почему нагревание поверхности Земли из-за
повышения его содержания в атмосфере и названо «парниковым эффектом».
Это явление в 1824 г открыл французский математик и физик Ж. Фурье.
Главной причиной этого естественного природного процесса служит
содержание в атмосфере паров воды, углекислого газа и некоторых других
газов (к ним относятся, в первую очередь озон, оксиды азота, метан),
молекулы которых поглощают тепловое излучение Земли и которые
называют парниковыми газами. К вышеуказанным парниковым газам в
начале 60-х годов ХХ века добавились хлорфторуглероды (фреоны) высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества,
применяющиеся производстве и быту в качестве хладагентов (холодильники,
кондиционеры, рефрижераторы), пенообразователей, распылителей в
60
аэрозольных упаковках и т.д., молекулы которых также обладают
способностью поглощать тепловые излучения Земли.
Глобальные выбросы парниковых газов с доиндустриальных времен
увеличились, при этом рост за период с 1970 по 2004 гг. составил 70%: с 28,7
до 49 Гт СО2-экв.
Проблема парниковых газов характерна и для Казахстана. Наиболее
важным источником эмиссии диоксида углерода в Казахстане является
деятельность, связанная с сжиганием топлива - 90% общей эмиссии парниковых газов - крупный источник эмиссии парниковых газов энергетика, на
долю которой приходится около 50% выбросов.
Экологические последствия глобального потепления:
Во-первых, дальнейшее повышение средней температуры планеты
нанесет прямой удар по здоровью и жизни людей, поскольку шансов
адаптироваться и приспособиться к быстрым изменениям за короткий
промежуток времени нет. Может быть, они есть у простейших из животного
мира и у самых богатых из мира людей.
Во-вторых, в окружающей среде и в состоянии климата начнутся
процессы общих изменений с последующим катастрофическим воздействием
на условия жизни людей: затопление островных государств, опустынивание
и потери сельскохозяйственных и других земель пригодных для жизни.
Экстремальные климатические явления, которые будут угрожать жизни
людей: ураганы, наводнения, жара и пр.
В-третьих, истощение запасов пресной воды как питьевой, так и для
хозяйственных нужд может привести к возникновению региональных
конфликтов и споров, которые значительно повлияют на взаимоотношения
между государствами и группами населения. Исторический опыт конфликтов
на почве распределения воды и ответственности по обеспечению водой у
человечества имеется. Как отмечено в Глобальном отчете о человеческом
развитии за 2007 год угроза существует в регионе Центральной Азии.
В-четвертых, начнут разрушаться все пищевые цепочки, как у
животных, так и у человека. Неустойчивость аграрного сектора экономики
будет представлять собой значительную угрозу. Удар по продовольственной
безопасности будет самым ощутимым, в особенно беднейшей части
населения планеты.
В-пятых, воздействие на мировую экономическую систему в целом.
Это и прямые затраты на устранение эффектов глобального потепления в
виде экстремальных явлений в погоде: ураганы, наводнения, жара, селевые
потоки в горных районах. Потери, которые будут вызываться
нестабильностью климатической системы неустойчивости сельского
хозяйства, неурожаев, особенно особо чувствительных к изменению режима
погоды и рискованного земледелия. Стабильность транспортных коридоров
как морских и воздушных. Изменение строительных стандартов и
требований, которые будут необходимы для защиты жилья и людей.
Изменения произойдут и в страховом бизнесе, который является сегодня
значительным сегментом мировой экономики.
61
В-шестых, человечество в корне пересмотрит отношение к энергетике
как важнейшей составляющей устойчивого существования мировой
цивилизации. Роль и давление, которое оказывает на жизнь целых регионов и
планеты в целом мировой нефтегазовый монстр, должны быть пересмотрены.
Положительный опыт должен быть извлечен из уроков последних лет, как
после энергетического кризиса 70-х годов, когда развитые страны, особенно
Европа, Япония и некоторые другие, значительно продвинулись в развитии
альтернативных источников энергии и особенно энергоэффективности.
В-седьмых, все это вызовет естественное движение и миграцию
населения планеты в поисках лучшей доли, что приведет к возникновению
напряжения в тех районах, которые могли бы считаться менее подверженными воздействию глобального изменения климата или где уровень
жизни и развития позволит принять смягчающие меры.
Однако ряд ученых видит в предполагаемом глобальном потеплении
климата и положительные экологические последствия. Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере и связанное с ним увеличение фотосинтеза, а также возрастание увлажнение климата могут привести к увеличению
продуктивности как естественных фитоценозов, так и агроценозов.
Проблема глобального изменения климата является темой многих международных встреч на высшем уровне. В феврале 1991 г. под эгидой ООН
были начаты переговоры о принятии Конвенцию по проблеме изменения
климата, подписание которой осуществилось на Всемирной конференции по
окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в июне 1992 г.
В декабре 1997 г. представители 160 национальных делегаций на
встрече в японском городе Киото приняли рамочную Конвенцию по
проблеме изменения климата (Киотский протокол, РКИК ООН). Было
предложено не только ограничить выбросы парниковых газов, установив
соответствующие национальные квоты соответственно доле стран в мировом
народонаселении, но и сохранить объем выбросов по сравнению с уровнем
1990 г., принятого за базовую точку отсчета. Средний выброс на планете
парниковых газов, согласно принятому Протоколу о мерах борьбы с
парниковым загрязнением атмосферы, должен снизиться до 0,3 т на душу
населения (этот расчет сделан на основании прогноза, по которому
численность человечества стабилизируется в пределах 10 млрд.). Киотский
протокол вступил в силу 16 февраля 2005 г. С 1995 г. Казахстан является
стороной РКИК ООН, а 12 апреля 1999 г. Киотский протокол им подписан.
Опустынивание - это процесс необратимого изменения почвы и
растительности и снижения биологической продуктивности в аридных
областях, который в экстремальных случаях может привести к полному
разрушению биосферного потенциала и превращению территории в
пустыню.
Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд. га практически
на всех континентах. В целом площадь опустыненных земель составляет
более 179,9 млн. га или около 66 % территории страны. Данная проблема
остро стоит в нашей стране, где пустыни занимают более 45 % территории.
62
На всей территории республики проявляется тенденция к ускорению
процесса опустынивания.
Причины и основные факторы опустынивания различны. Как правило,
к опустыниванию приводит сочетание нескольких факторов, совместное
действие которых резко ухудшает экологическую ситуацию.
На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются
физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые
воды, резко падает биологическая продуктивность, а следовательно,
подрывается и способность экосистем восстанавливаться. «И если эрозию
можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание - это его смерть»
(Доклад ФАО ООН). Процесс этот получил столь широкое распространение,
что явился предметом международной программы «Опустынивание». В
докладе ЮНЕП подчеркивается, что опустынивание - это результат
длительного исторического процесса, в ходе которого неблагоприятные
явления природы и деятельность человека, усиливая друг друга, приводят к
изменению характеристик природной среды.
Опустынивание является одновременно социально-экономическим и
природным процессом, оно угрожает примерно 3,2 млрд. га земель, на
которых проживают более 700 млн. человек. Особенно опасное положение
сложилось в Африке в зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Буркина Фасо, Мали и
др.) - переходной биоклиматической зоне (шириной до 400 км) между
пустыней Сахара на севере и саванной на юге.
Причина катастрофического положения в Сахеле обусловлена
сочетанием двух факторов: 1) усилением воздействия человека на природные
экосистемы с целью обеспечения продовольствием быстро растущего
населения и 2) изменившимися метеорологическими условиями
(длительными засухами). Интенсивный выпас скота приводит к чрезмерной
нагрузке на пастбища и уничтожению и без того разреженной растительности с низкой естественной продуктивностью. Опустыниванию способствует
также массовое выжигание прошлогодней сухой травы, особенно после
периода дождей, интенсивная распашка, снижение уровня грунтовых вод и
др. Выбитая растительность и сильно разрыхленные почвы создают условия
для интенсивного выдувания (дефляции) поверхностного слоя земли.
Изменение природных комплексов и их деградация особенно заметны в
период засух.
Многие экологи считают, что в списке злодеяний против окружающей
среды на второе место после гибели лесов нужно поставить именно
опустынивание.
3. Методические указания для проведения лабораторных работ
Лабораторная работа № 1
Качественное распознавание минеральных удобрений как возможных
загрязнителей окружающей среды
63
Неправильное и избыточное внесение минеральных удобрений,
способы их хранения являются причиной загрязнения почв и сельхозпродукции. Водорастворимые формы азотных удобрений стекают в
пруды, реки, ручьи, достигают грунтовых вод, вызывая повышенное
содержание в них нитратов, что неблагоприятно сказывается на здоровье
человека.
Очень часто удобрения вносят в почву неочищенными, что является
причиной загрязнения почв радиоактивными (например, изотопами калия
при использовании калийных удобрений), а также токсическими веществами.
Различные формы суперфосфатов, обладая кислой реакцией, способствуют
подкислению почвы, что нежелательно для районов, где рН почвы понижена.
Избыточное количество фосфорных удобрений, стекая в стоячие и медленно
текущие воды, вызывает развитие большого количества водорослей и другой
растительности, что ухудшает кислородный режим водоемов и способствует
их зарастанию.
В ряде случаев удобрения перевозятся без надлежащей упаковки,
хранятся без укрытий на окраинах полей, где они слеживаются, загрязняются
и становятся по внешнему виду весьма схожими между собой. В связи этим
современный эколог должен уметь распознавать удобрения по внешнему
виду и простым качественным реакциям.
Оборудование, реактивы, материалы
1) пробирки - 12 штук; 2) штативы для пробирок; 3) небольшие ступки с
пестиками; 4) капельницы или индивидуальные пипетки для каждого
реактива; 5) щипцы муфельные; 6) пинцеты длинные; 7) электроплитка; 8)
газовая горелка или спиртовка; 9) кусочки древесного угля; 10) индикаторная
бумага; 11) дистиллированная вода; 12) 8 - 10%-ная щелочь КОН или NaОН;
13) 5%-ный раствор хлористого бария; 14) концентрированная соляная
кислота; 15) 2%-ная соляная кислота; 16) уксусная кислота (ледяная,
разбавленная в 10 раз); 17) 1 - 2%-ный раствор азотнокислого серебра; 18)
раствор йода в йодистом калии (20 г KI растворяют в 20 мл
дистиллированной воды, добавляют 6,35 г кристаллического I. Раствор
переносят в мерную колбу на 50 мл, доводят до метки); 19) четыре вида (или
более) наиболее распространенных удобрений (без подписей).
Наиболее распространенные удобрения
Азотные удобрения
Чаще всего применяется аммиачная селитра - NH4NO3 и мочевина
NH2CONH2. Употребляется также сульфат аммония – (NH4)2SO4. В
защищенном грунте применяется нитрат кальция - Ca(NO3)2 и нитрат калия KNO3.
Фосфорные удобрения
Наиболее распространен простой гранулированный суперфосфат Са(Н2РО4)2 и двойной гранулированный суперфосфат Са2(Н2РО4)3.
Употребляется также фосфоритная мука - Са3(РО4)2.
Калийные удобрения
64
Применяется, в основном, хлористый калий - KCI, азотнокислый калий
- KNO3 или сульфат калия K2SO4. Меньше употребляются двойные
удобрения: сильвинит - KCI-NaCI.
Известковые удобрения
К ним относятся известковые материалы, содержащие не менее 50%
СаСО3. Это - известковая мука из туфа, доломитовая мука, мел, известь
озерная и др. Действие их заключается в нейтрализации почвенной
кислотности, улучшении условий для жизнедеятельности микроорганизмов и
физических свойств почвы.
Ход работы
1. Внешние признаки
Консистенция. Удобрение может быть кристаллическим (мелко- и
крупно-), аморфным, а также в виде гранул. К кристаллическим удобрениям
относятся все азотные (за исключением цианамида кальция) и все калийные,
к аморфным - все фосфорные и известковые. Фосфорные удобрения часто
гранулируются (суперфосфаты).
Цвет удобрения устанавливается путем тщательного осмотра. Признак
может несколько изменяться при транспортировке, при загрязнении пылью, а
также в зависимости от технологии производства. Очищенные удобрения
имеют характерный цвет.
Запах. Почти все удобрения имеют запах, но часто не стойкий, лишь
цианамид кальция пахнет керосином.
2. Растворимость в воде
Помещают в пробирку 1 - 2 г удобрения, добавляют 15 - 20 мл дистиллированной воды и хорошо взбалтывают. Наблюдают следующие
градации: а) полностью растворимо, б) заметно растворимо (растворяется не
менее половины взятого удобрения), в) слабо растворимо (растворяется
менее половины взятого удобрения), г) нерастворимо. Если при
взбалтывании образовалась обильная муть, заполнившая пробирку, то
удобрение слабо растворимо.
К полностью растворимым и заметно растворимым относятся все
азотные удобрения, а также калийные. К нерастворимым или слабо
растворимым - все фосфорные и известковые.
Если удобрение растворилось полностью, то раствор разливают в
пробирки и выявляют в нем наличие того или иного катиона или аниона,
определяют ряд дополнительных показателей, а затем отыскивают название
удобрения по схеме.
3. Реакция со щелочью
В раствор удобрения прилить несколько капель 8 - 10%-ного раствора
щелочи (КОН или NаОН). В присутствии аммиака при взбалтывании
ощущается его выделение по специфическому запаху:
NH4NO3 + NаОН → NaNO3 + NH4OH
NH4OH → NH3 ↑ + H2O
4. Реакция с хлористым барием
65
В пробирку с раствором удобрения прибавить несколько капель 5%ного раствора хлористого бария. При наличии в удобрении иона SO42выпадает творожистый белый осадок BaSO4, нерастворимый в уксусной
кислоте. Убедиться в нерастворимости осадка, добавив кислоту:
K2SO4 + BaCI2 → BaSO4↓ + 2KCI
5. Реакция с азотнокислым серебром
К водному раствору удобрения прибавляют 2 - 3 капли 1 - 2%-ного
раствора AgNO3 и содержимое пробирки встряхивают. Реакция служит для
обнаружения хлора (белый дымчатый осадок AgCI, нерастворимый в
уксусной кислоте):
KCI + AgNO3 → AgCl ↓ + KNO3
Фосфорные удобрения образуют с AgNO3 желтоватый осадок,
растворимый в уксусной кислоте:
NH4H2PO4 + AgNO3 → AgH2PO4↓ + NH4NO3
Реакция с AgNO3 также используется для анализа известковых
удобрений. Так, с негашеной и гашеной известью азотнокислое серебро дает
бурый осадок закиси серебра, который растворим в уксусной кислоте:
СаО + 2AgNO3 → Ca(NO3)2 + Ag2O↓
Ca(OH)2 + 2AgNO3 → Ca(NO3)2 + Ag2O↓
6. Проба на раскаленном угле
Угольки размером с орех нагревают на электроплитке, затем берут
щипцами или пинцетом, раскаляют в пламени спиртовки докрасна. На уголек
насыпают щепотку удобрения, предварительно растертого и помещенного в
узенькую ложечку из фольги. Наблюдают за быстротой сгорания,
появлением дыма, цветом пламени, запахом. Аммиачные удобрения
распознают по запаху аммиака, нитратные соединения дают вспышку,
калийные потрескивают.
Если удобрение вспыхивает - это селитра. По цвету пламени различают
следующие селитры: натриевая - сгорает желто-оранжевым пламенем,
калийная - фиолетовым, аммиачная дает бесцветное пламя, а иногда
плавится, кипит с выделением аммиака.
Азотные удобрения, содержащие амидную (NH2) и аммонийную (NH4)
группы, на раскаленном угле сгорают с выделением белого дыма и запаха
аммиака. Кристаллики калийных удобрений на раскаленном угле не
вспыхивают, а только слегка потрескивают и «подпрыгивают». Следует
заметить, что если уголек плохо раскален (не докрасна), а кристаллики
крупные, они могут лежать на угле без всяких изменений.
Фосфорные, известковые удобрения, гипс не изменяются на раскаленном угле.
7. Реакция с кислотой
В пробирку или фарфоровую чашку помещают немного сухого
удобрения и капают на удобрение 2 – 10 %-ный раствор соляной или
уксусной кислоты. Если удобрение вскипает от выделяющегося углекислого
газа, то оно представляет собой карбонат или содержит значительную
66
Прочие
c AgNO3
с
кислотой
на угле
со
щелочью
c BaCl2
примесь карбоната. К таким удобрениям относятся известковые материалы,
зола и др.
СаСО3 + 2НСl = СаСl2 + Н2О + CO2 ↑
K2CO3 + 2HCI = 2КС1 + Н2О + СО2 ↑
8. Реакция водной вытяжки
В пробирку с водной вытяжкой из удобрений помещают полоску
индикаторной бумаги. Суперфосфат имеет характерный запах, сероватый
цвет, кислую реакцию за счет гипса. Другие удобрения имеют щелочную
реакцию (томасшлак, известковые удобрения), у третьих - реакция
нейтральная.
9. Определение магния в удобрениях
Проводят с помощью раствора йода в йодистом калии. Ионы магния с
гидроксильным ионом воды образуют малорастворимую гидроокись магния:
Гидроокись магния с йодом дает красно-бурую окраску. Так определяют
калийные и известковые, содержащие магний удобрения.
10. Определение калийных удобрений, содержащих магний
Помещают в фарфоровую чашку 1 - 2 капли йода и 1 - 2 капли щелочи
(появляется бледно-желтая окраска), приливают 1 - 2 капли раствора
удобрения. Если в удобрении содержится магний, то окраска становится
красно-бурой.
11. Определение известковых удобрений, содержащих магний
В пробирку с 2 - 3 г удобрения приливают 2 - 3 мл уксусной кислоты,
взбалтывают и дают отстояться. Затем анализ проводят так же, как описано
выше. Содержащие магний известняки окрашивают раствор в красно-бурый
цвет, а не содержащие магния дают желтую окраску раствора.
Таким образом, сначала определяют внешние признаки: вид, цвет,
запах, влажность, консистенцию. Затем выясняют растворимость удобрения
и проводят соответствующие качественные реакции. Результаты записывают
в таблицу, после чего определяют название удобрения, пользуясь ниже
приведенной схемой определения.
Запись наблюдений
№ Название
Внешний
РаствориРеакция
вид, запах
мость в воде
1
2
3
4
Схема определения удобрений по качественным реакциям
1. Удобрение растворимо в воде _____________________________________2
Удобрение в воде растворимо незначительно или почти нерастворимо
_________________________________________________________________7
2. На угле вспыхивает______________________________________________3
67
На угле не вспыхивает_____________________________________________4
3. Не дает запаха аммиака ни на угле, ни со щелочью. Сгорает желтооранжевым пламенем; бесцветные, прозрачные кристаллы с сероватым или
желтоватым оттенком, горько-соленые на вкус: натриевая селитра - NaNO3.
Сгорает фиолетовым пламенем, белые кристаллы с желтовато-сероватым
оттенком: калиевая селитра - KNO3.
Дает запах аммиака не только на угле, но и со щелочью, с ВаС12 осадка
не дает, но может дать муть. Белые или желтоватые гранулы размером 1 - 3
мм или плоские чешуйки: аммиачная селитра – NH4NO3.
4. На угле дает запах аммиака, а со щелочью не дает. Белые гранулы
размером от 1 до 5 мм или мелкокристаллический порошок: мочевина NH2CONH2.
Дает запах аммиака и на угле, и со щелочью. На угле плавится с
выделением белого дыма __________________________________________ 5
Ни на угле, ни со щелочью не дает запаха аммиака. Крупинки
(кристаллики) не сгорают, а только потрескивают или «подпрыгивают»
_________________________________________________________________6
5.
С AgNO3 дает обильный твороживающийся осадок, белый,
нeрастворимый в уксусной кислоте; с ВаС12 дает слабую муть.
Мелкокристаллический продукт или гранулы белого или желтоватого цвета:
хлористый аммоний - NH4CI.
С AgNO3 дает слабую муть, а с ВаС1г - обильный белый осадок, не
растворимый в кислотах. Кристаллическое вещество белого, серого или
иного цвета: сульфат аммония (NH4)2SO4; кристаллическая соль желтого
цвета: сульфат аммония - натрия (NH4)2S04 + Na2S04.
С AgNO3 дает муть желтой окраски, растворимую в уксусной кислоте.
Гранулированный продукт или порошок светло-серого, серого цвета, с
добавкой меди - голубой, реакция кислая: аммофос, NН4Н2Р04; гранулы
темно - серого или светло - серого цвета, реакция нейтральная: диаммофос
(NH4)2PO4.
6. С ВаС12 образует белый осадок, не растворимый в уксусной кислоте, с
AgNO3 - слабую муть и осадка не дает. Мелкокристаллический порошок
белого цвета, иногда с желтоватым оттенком, с йодом дает светло-желтую
окраску: сульфат калия - K2SO4 ,
Дает обильный осадок как с ВаС12, так и с AgNO3. Крупные кристаллы
розовато-бурого цвета или кристаллический порошок серого цвета, раствор
горько-соленого вкуса: каинит - KCI • MgSO4 • ЗН2О; светло-серые мелкие
кристаллы, серые гранулы неправильной формы или сильно пылящий
порошок с сероватым и розовым оттенком, с йодом дает красно-бурую
окраску: калимагнезия (шенит) K2SO4 • MgSO4 • 6Н2О или калийномагниевый концентрат (калимаг) – К2SО4 • 2MgSO4.
С AgNO3 дает обильный твороживающийся осадок, не растворимый в
уксусной кислоте, с ВаС12 дает слабую муть. Мелкокристаллическое
вещество белого цвета с сероватым оттенком, и примесью розовых
кристаллов: калий хлористый марки «К» - КСl; крупнозернистые
68
естественные кристаллы от молочно-белого до красно-бурого цвета, - КCl
марки «Ф»:
а)
естественные кристаллы от красного до бурого цвета - КСl,
крупнозернистый из калийных руд;
б) мелкокристаллический порошок коричневого цвета - KCl из нефелинового
сырья;
в) мелкокристаллический продукт - естественные кристаллы от молочного до
красно-бурого или спрессованные гранулы неправильной формы от белого
до красно-бурого цвета, КСl из сильвинита;
г) мелкие розовые кристаллы смешаны с крупными синими или серый
кристаллический порошок с включением розовых кристаллов: калийная соль
- KCl +KCl • NaCl.
7. С уксусной кислотой дает сильное вскипание___________________8
С уксусной кислотой не дает вскипания или вскипает едва заметно___________________________________________________________ 9
8. Порошок белого, серого или бурого цвета - известковое удобрение:
а) светло-желтая окраска с йодом уксуснокислого раствора удобрения: мел,
известняковая мука - СаСО3.
б) окраска с йодом - красно-бурая: доломитовая мука СаСО3-МgСО3.
Тонкий пылеватый порошок черно-синего цвета. Часто имеет запах
керосина. Красная лакмусовая бумажка, опущенная в водный раствор
удобрения, синеет: цианамид кальция CaCN2.
Темно-серый тяжелый порошок. Водный раствор имеет щелочную
среду. При взаимодействии с кислотой выделяется сероводород: томасшлак
4СаО • Р2О5.
9. Водный раствор удобрения дает пожелтение или осадок с AgNO3
_______________________________________________________________10
Нет пожелтения раствора или осадка с AgNO3__________________ 11
10. Порошок или гранулы от светло - до темно-серого цвета. Синяя
лакмусовая бумажка краснеет при соприкосновении с водным раствором
удобрения: суперфосфат простой или двойной - Са(Н2РО4)2 + 2CaSO4,
Са(Н2РО4)2 • Н2О.
Гранулы или порошок светло - или темно - серого цвета, реакция
водного раствора нейтральная или слабокислая, при добавлении 2 - 3 капель
реактива Несслера появляется интенсивное бурое окрашивание:
аммонизированный суперфосфат. Гранулы голубого или светло - голубого
цвета: суперфосфат борный. Порошок тонкий, пылящий, сероватого цвета,
реакция водного раствора нейтральная: преципитат - СаНР04.
Порошок тонкий, пылящий, сероватого цвета, реакция нейтральная, с
AgNO3 четкое пожелтение осадка удобрения: обесфторенный фосфат.
11. Темный, тяжелый порошок, реакция среды нейтральная:
фосфатшлак. Тонкий, сильно пылящий порошок темно-серого цвета с бурым
оттенком: фосфоритная мука - Са3(РО4)2.
Характерные черты некоторых удобрений
(приводятся для проверки правильности определения
69
по вышеприведенной схеме)
Суперфосфат имеет характерный запах, сероватый цвет и кислую
реакцию.
Калийная соль отличается от других удобрений по розово-красным
кристаллам. Иногда могут быть примеси
Характерные реакции для некоторых удобрений
Для натриевой и калийной селитр единственной реакцией, различающей их между собой и от всех других удобрений, будет вспышка и
цвет пламени на раскаленном угле.
Сульфат аммония отличается от похожего на него нитрата аммония
реакцией с хлористым барием. От сульфата калия сульфат аммония легко
отличить по реакции со щелочью.
Отличительные реакции для некоторых азотных удобрений:
для (NH4)2SO4 - реакция с ВaС12, для NH4Cl - реакция с AgNO3 - белый
хлопьевидный осадок.
Реакция на раскаленном угле:
у NaNO3 - вспышка желтого цвета, у KNO3 - фиолетового цвета, у
NH4NO3 - белого цвета.
Отличие аммиачной селитры от мочевины: первая на раскаленном угле
дымит и вспыхивает, а вторая плавится и не вспыхивает. Мочевина между
пальцами мылится, ее кристаллы помельче.
На аммоний применяется реактив Несслера, а на нитраты - дифениламин (на ион NO3-). Раствором удобрения смачивают стенки белой
фарфоровой чашки. Остатки раствора из чашки выливают, а на смоченную
поверхность капают 1 - 2 капли дифениламина. Синее окрашивание
указывает на присутствие иона NO3-.
Лабораторная работа № 2
Загрязнение пищевых продуктов нитратами и их определение в
различных овощных культурах в зависимости от вида, сорта, органа,
ткани
Нитраты - неотъемлемая часть всех наземных и водных экосистем,
поскольку процесс нитрификации, ведущий к образованию окисленных
неорганических соединений азота, носит глобальный характер. В то же
время, в связи с применением в больших масштабах азотных удобрений,
поступление неорганических соединений азота в растения возрастает.
Избыточное потребление азота удобрений не только ведет к аккумуляции
нитратов в растениях, но и способствует загрязнению водоемов и грунтовых
вод остатками удобрений, в результате чего территория загрязнения
сельхозпродукции нитратами расширяется. Однако накопление нитратов в
растениях может происходить не только от переизбытка азотных удобрений,
но и при недостатке других их видов (фосфорных, калийных и др.) путем
частичной замены недостающих ионов нитрат-ионами при минеральном
питании, а также при снижении у ряда растений активности фермента
нитратредуктазы, превращающего нитраты в белки.
70
Ввиду этого наблюдается четкое различие видов и сортов растений по
накоплению и содержанию нитратов. Существуют, например, виды овощных
культур с большим и малым содержанием нитратов. Так, накопителями
нитратов являются семейства тыквенных, капустных, сельдерейных.
Наибольшее их количество содержится в листовых овощах: петрушке,
укропе, сельдерее (таблица 3), наименьшее – в томатах, баклажанах, чесноке,
зеленом горошке, винограде, яблоках и др. Между отдельными сортами
существуют в этом отношении сильные различия. Так, сорта моркови
«шантанэ», «пионер» отличаются низким содержанием нитратов, а
«нантская», «лосиноостровская» - высоким. Зимние сорта капусты мало
накапливают нитратов по сравнению с летними.
Наибольшее количество нитратов содержится в сосущих и проводящих
органах растений – корнях, стеблях, черешках и жилках листьев. Так, у
капусты наружные листья кочана содержат в 2 раза больше нитратов, чем
внутренние. А в жилке листа и кочерыжке содержание нитратов в 2-3 раза
больше, чем в листовой пластинке. У кабачков, огурцов и т.п. плодов
нитраты убывают от плодоножки к верхушке.
Таблица 3 - Содержание нитратов в сельскохозяйственной продукции и их
допустимые уровни (мг/кг сырой массы по нитрат-иону)
Допустимые уровни
Содержание
Вид растения
для открытого
для закрытого
нитратов
грунта
грунта
Арбузы
40-600
60
Баклажаны
80-270
Брюква
400-550
400
Горошек
20-80
зеленый
Дыни
40-500
90
Капуста
600-3000
900
белокочанная
Капуста
160-2700
400
кольраби
Кабачки
400-700
400
400
Картофель
40-980
250
Кресс-салат
1300-4900
2000
3000
Лук зеленый
40-1400
600
800
Лук репчатый
60-900
80
Морковь
160-2200
400
Огурцы
80-560
150
400
Перец сладкий
40-330
200
400
Петрушка
1700-2500
1800
(зелень)
71
Редька черная
Редис
Репа
Салат
Свекла столовая
Томаты
Укроп
Фасоль
Чеснок
Шпинат
Щавель
1500-1800
400-2700
600-900
400-2900
200-4500
10-180
400-2200
20-900
40-300
600-4000
240-400
1300
1500
700
2000
1400
150
2000
3000
300
3000
1200
1) Атлас распределения нитратов в растениях (Институт почвоведения и фотосинтеза
РАН), Пущино, 1989; 2). Методические указания по определению нитратов в продукции
растениеводства, утвержденные агропромом СССР за № 4228/86 от 24.11.86 и дополнения
к ним.
В результате употребления продуктов, содержащих повышенное
количество нитратов, человек может заболеть метгемоглобинией. При этом
заболевании ион NO3- взаимодействует с гемоглобином крови, окисляя
железо, входящее в гемоглобин, до трехвалентного, а образовавшийся в
результате этого метгемоглобин не способен переносить кислород и человек
испытывает кислородную недостаточность: задыхается при физических
нагрузках. В желудочно-кишечном тракте избыточное количество нитратов
под действием микрофлоры кишечника превращается в токсичные нитриты,
а далее возможно превращение их в нитрозоамины - сильные канцерогенные
яды, вызывающие опухоли. В связи с этим при употреблении в пищу
растений - накопителей нитратов важно нитраты разбавлять и употреблять в
малых дозах. Содержание нитратов можно уменьшить вымачиванием,
кипячением продуктов (если отвар не используется), удалением тех частей,
которые содержат большое количество нитратов.
Допустимые нормы нитратов (по данным ВОЗ) составляют 5 мг (по
нитрат-иону) в сутки на 1 кг массы взрослого человека, т. е. при массе 50-60
кг – это 220-300 мг, а при 60-70 кг – 300-350 мг.
В предлагаемой работе изложен метод определения нитратов у
различных видов, сортов, тканей и частей овощной продукции, который
основан на хорошо известной реакции нитрат-иона с дифениламином.
Оборудование, реактивы, материалы
1) ступки малые с пестиками; 2) предметные стекла; 3) марлевые салфетки;
4) мелкие емкости - пузырьки из-под пенициллина с пробками; 5) пипетки
химические на 5 мл; 6) пипетки медицинские; 7) скальпели; 8) 1%-ный
раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте; 9) исходный
раствор NaNO3 для построения калибровочной кривой; 10) дистиллированная
вода; 11) термостойкий химический стакан на 0,5-1 л для кипячения овощей;
12) электроплитка; 13) части различных овощей, содержащих наибольшее
количество нитратов, с неокрашенным соком (капуста, огурцы, кабачки,
картофель, дыня и др.).
72
Ход работы
За несколько дней до занятия студентам дается задание принести
различные овощи, купленные в магазине или с собственного участка. Овощи
следует вымыть и обсушить.
В один из пузырьков наливают 10 мл исходного раствора NaNO3
соответствующего по концентрации максимальному содержанию нитратов в
овощах (см. табл. 3) - 3000 мг на кг. Следует отметить, что в отдельных
органах растений встречаются и значительно большие концентрации.
Готовят серию калибровочных растворов путем разбавления пополам
предыдущего (например, к 3 мл исходного раствора прибавляется 3 мл
дистиллированной воды, взбалтывается и т. д.) Получают серию растворов с
разным содержанием нитратов: 3000, 1500, 750, 375, 188, 94, 47, 23 мг/кг.
Под предметное стекло подкладывается лист белой бумаги, на стекло
капают две капли изучаемого раствора и две такие же капли дифениламина в
трехкратной повторности. Описывают реакцию согласно следующей
градации (таблица 4).
Таблица 4 - Градация содержания нитратов по характеру окраски
Содержание
Балл
Характер окраски
нитратов,
мг/кг
6
Сок или срез окрашиваются быстро и интенсивно в
>3000
иссиня-черный цвет. Окраска устойчива и не пропадает
5
Сок или срез окрашиваются в темно-синий цвет. Окраска
3000
сохраняется некоторое время
4
Сок или срез окрашиваются в синий цвет. Окраска
1000
наступает не сразу
3
Окраска светло-синяя, исчезает через 2-3 минуты
500
2
Окраска быстро исчезает, окрашиваются главным
250
образом проводящие пучки
1
Следы голубой, быстро исчезающей окраски
100
0
Нет ни голубой, ни синей окраски. На целых растениях
0
возможно порозовение
Следует отметить, что основой для определения содержания нитратов в
соке должны быть собственные исследования, а не вышеприведенная
таблица, т. к. окраска может варьировать в зависимости от качества
реактивов, срока их годности, температуры в помещении и др.
Овощи и плоды расчленяют на части: зона, примыкающая к плодоножке, кожура, периферийная часть, серединная часть, кочерыжка (у
капусты), жилки, лист без жилок. Вырезанные части мелко режут ножом и
быстро растирают в ступке, сок отжимают через 2-3 слоя марли. 2 капли сока
капают на чистое предметное стекло, положенное на белую бумагу,
73
добавляют 2 капли дифениламина. Быстро описывают все наблюдаемые
реакции согласно схеме. Повторность опыта 3-кратная. В случае сомнений в
содержании нитратов в той или иной части овощной продукции капают
рядом калибровочный раствор с известной концентрацией вещества и повторяют реакцию с дифениламином.
Анализ начинают с сока капусты и картофеля, затем помещают эти
овощи в термостойкий химический стакан с кипящей дистиллированной
водой и кипятят 10-15 мин, после чего анализируют и отварные овощи, и
отвар. За время варки делают анализ различных частей других овощей и
плодов (не менее четырех видов за занятие). Записывают таблицу 5 в
тетради.
Таблица 5 - Содержание нитратов в различных овощах и плодах
Исследуемое
Содержание
Часть
Баллы
растение
нитратов, мг/кг
а) Под кожурой
Картофель свежий
б) Серединная часть
Картофель отварной
Капуста
Капуста отварная
а) Под кожурой
б) Серединная часть
а) Жилки
б) Кочерыжка
в) Лист
а) Жилки
б) Кочерыжка
в) Лист
Отвар
Лабораторная работа № 3
Определение загруженности улиц автотранспортом и некоторых
параметров окружающей среды, усугубляющих загрязнение
Существенной составляющей загрязнения воздушной среды городов,
особенно крупных, являются выхлопные газы автотранспорта, которые в
ряде столиц мира, крупных административных центрах составляют 60-80%
от общих выбросов. Многие страны, в том числе и Казахстан, принимают
различные меры по снижению токсичности выбросов, путем лучшей очистки
бензина, замены его на более чистые источники энергии (газовое топливо,
этанол, электричество), снижения свинца в добавках к бензину.
Проектируются более экономичные двигатели с более полным сгоранием
горючего, создание в городах зон с ограниченным движением автомобилей и
др. Несмотря на принимаемые меры, из года в год растет число автомобилей
и загрязнение воздуха не снижается.
Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду более
200 компонентов, среди которых угарный газ, углекислый газ, окислы азота и
серы, альдегиды, свинец, кадмий и канцерогенная группа углеводородов
74
(бензапирен и бензантрацен). При этом наибольшее количество токсичных
веществ выбрасывается автотранспортом в воздух на малом ходу, на
перекрестках, остановках перед светофорами. Так, на небольшой скорости
бензиновый двигатель выбрасывает в атмосферу 0,05% углеводородов (от
общего выброса), а на малом ходу - 0,98%, окиси углерода соответственно 5,1% и 13,8%. Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомобиля 15
тыс. км. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг кислорода
и обогащает ее на 3250 кг углекислого газа, 530 кг окиси углерода, 93 кг
углеводородов и 7 кг окислов азота.
Данная практическая работа дает возможность оценить загруженность
участка улицы разными видами автотранспорта, сравнить в этом отношении
разные улицы и изучить окружающую обстановку.
Ход работы
Студенты разделяются на группы по 3-4 человека (один считает,
другой записывает, остальные дают общую оценку обстановки). Студенты
размещаются на определенных участках разных улиц с односторонним
движением. В случае двустороннего движения каждая группа располагается
на своей стороне. Сбор материала по загруженности улиц автотранспортом
может проводиться как путем разового практического занятия, так и более
углубленно с замерами в 8, 13 и 18 часов, в ночные часы. Из ряда замеров
вычисляют среднее. Интенсивность движения автотранспорта определяется
методом подсчета автомобилей разных типов 3 раза по 20 мин в каждом из
сроков. Учет ведется способом точкования и «квадратиков». Запись ведется
согласно таблице 6:
Время
Тип автомобиля
Число единиц
Легкий грузовой
Средний грузовой
Тяжелый грузовой (дизельный)
Автобус
Легковой
На каждой точке наблюдений производится оценка улицы.
1. Тип улицы: городские улицы с односторонней застройкой (набережные,
эстакады, виадуки, высокие насыпи), жилые улицы с двусторонней
застройкой, дороги в выемке, магистральные улицы и дороги с многоэтажной
застройкой с двух сторон, транспортные тоннели и др.
2. Уклон. Определяется глазомерно или эклиметром.
3. Скорость ветра. Определяется анемометром.
4. Относительная влажность воздуха. Определяется психрометром.
5. Наличие защитной полосы из деревьев и др.
Автомобили разделяют на три категории: с карбюраторным
двигателем,
дизельные,
автобусы
«Икарус»,
согласно
данным,
представленным в таблице. Производят оценку движения транспорта по
отдельным улицам.
75
Итогом работы является суммарная оценка загруженности улиц
автотранспортом согласно следующей градации: низкая интенсивность
движения - 2,7-3,6 тыс. автомобилей в сутки, средняя - 8-17 тыс. и высокая 18-27 тыс.
Лабораторная работа № 4
Альтернативное топливо, резко снижающее загрязнение среды –
этиловый и другие спирты. Метод получения этанола из продуктов
растениеводства
Еще в конце ХХ века многие страны столкнулись с энергетической
проблемой. Цены на нефть беспрерывно растут. Поэтому представляется
разумным ввести заменители традиционных источников горючего, одним из
которых является этиловый спирт. Последний легко получить из простых
сахаров путем известной реакции спиртового брожения в анаэробных
условиях: С6Н12О6=2С2Н5ОН+2СО2.
Оборудование, материалы
1) бутыль для сбраживания продуктов с пробкой и отводной трубкой; 2)
стакан; 3) круглодонная колба; 4) шлифы; 5) стеклянный спиралеобразный
охладитель; 6) приемная колба; 7) воронка; 8) песчаная баня; 9)
электроплитка с закрытой спиралью; 10) терка; 11) марля; 12) испарительная
чашка; 13) сахарная свекла, картофель, сахар, дрожжи.
Заранее приготавливают закваску из дрожжей, небольшого количества
сахара и муки.
Ход работы
1 способ. Очищенную сахарную свеклу измельчают на терке. Через
двойной слой марли выжимают сок, который наливают в бутыль на 2/3 ее
емкости. Сок забраживают закваской из дрожжей, закрывается плотно
пробкой с отводной трубкой (процесс анаэробный), конец которой опускают
в стакан с водой. Вся система ставится в теплое место (лучше при
температуре 36-400 С). Сбраживание начинается через несколько часов, о чем
свидетельствует образующаяся пена и пузырьки газа, поступающие в стакан
с водой. Сосуд с пеной 2-3 раза перемешивают. Прекращение выделения
пены и углекислого газа свидетельствует об окончании процесса брожения.
Дрожжи при этом оседают на дно, жидкость светлеет
2 способ. Берут 150 г сахара и 100 г очищенного и измельченного на
терке картофеля, 10 г дрожжей. Все разводят в 1 л воды с температурой 36370С и помещают в закрытую бутыль с отводной трубкой, как и в
предыдущем опыте.
Перегонка. После окончания сбраживания через сифон (можно
использовать резиновую трубку) жидкость переливают в круглодонную
колбу без взмучивания осадка: колбу наполняют на 1/2 - 2/3 емкости.
Колбу ставят на песчаную баню электроплитки с закрытой спиралью. К
колбе через шлифы подсоединяют охладитель, в рубашке которого
циркулирует холодная вода для конденсации паров спирта, капли которого
капают в приемную колбу с воронкой. Последнее предотвращает испарение
76
спирта из колбы. После того, как наберется небольшое количество спирта,
его выливают в испарительную чашку. Спирт обнаруживается
органолептически - по запаху, на вкус и по характерному голубоватому
горению после его поджигания в испарительной чашке.
Для очистки полученного этанола от примеси (другие типы спиртов,
сивушные масла) в него добавляют активированный уголь марки БАУ
(березовый активированный уголь) и выдерживают несколько суток, затем
фильтруют через двойной складчатый фильтр. Уголь легко получить путем
сжигания березовых дров. Раскаленные угли перекладывают щипцами в
чугунную емкость, где охлаждают без доступа воздуха. Затем уголь
измельчают до размера 2-5 мм.
Лабораторная работа № 5
Утилизация отходов – одна из проблем окружающей среды. Получение
биогаза из органических остатков
Органические отходы многих производств (сахарных, молочных
заводов) и сельского хозяйства (стоки ферм, фекальные массы) обычно
попадают в реки, загрязняя источники водоснабжения. При разложении этих
отходов образуются вредные вещества, влияющие отрицательно на здоровье
человека; поэтому утилизация отходов – одна из кардинальных проблем
окружающей среды.
Метановое брожение известно давно (мерцающие огоньки на
кладбищах, выделение болотного газа). Оно происходит при разложении
продуктов, содержащих углеводы. Это способ анаэробного дыхания
определенных групп бактерий, которые из углеводов органической массы
образуют метан (СН4) – 65%, углекислый газ (СО2) - 30% и незначительное
количество других газов: сероводород (Н2S) - 1%, азот, кислород, водород и
закись углерода. При этом выделяется энергия, которая превращается в
тепловую, и нагревает субстрат.
В процессе участвуют три группы бактерий, которые работают
последовательно, разлагая органическое вещество до более простых
компонентов. Первые превращают органическое вещество в масляную,
пропионовую и молочную кислоты, вторые преобразуют эти кислоты в
уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем метанообразующие
бактерии превращают углекислый газ в метан с поглощением водорода.
Изучив эти процессы, ученые многих стран (США, Франции, Японии)
разработали способы культивирования метановых и др. видов бактерий;
особые фирмы уже занимаются этим и продают микроорганизмы в
пробирках.
Применение этих бактерий значительно ускоряет процесс брожения и
получения биогаза, который используется для отопления, нагрева воды на
фермах, приготовление пищи в США, Китае, Бразилии, Индии, Японии. В
качестве исходного субстрата используется все органические остатки,
содержащие много углеводов (солома, древесная щепа лиственных пород,
ботва, отходы сахарной промышленности, отходы фруктово–консервной
77
промышленности, канализационный ил, отходы скота, особенно свиней).
Так, при равной массе фекалий, из свиного навоза получается 50% газа
больше биогаза, чем от других животных. Способы получения биогаза
разработаны также и в России (например, для крупных свиноферм в
Воронежской области).
Метановые бактерии в естественной обстановке существуют в
небольшом количестве на самих отходах, а также в гумусовом слое
плодородной почвы с нейтральной pH, поэтому переслаивание навоза
небольшим количеством почвы дают определенную стимуляцию процесса.
Однако применение особых видов и штаммов бактерий значительно ускоряет
все реакции. Так, по данным японских исследователей, метаногенез
органических остатков в естественных условиях юга Японии происходил за
20 дней, а с применением особых штаммов бактерий – за 8.
В практических целях для получения биогаза используется особые
водонепроницаемые цистерны, в которых брожение биомассы происходит
при нейтральных pH (против закисления используется известь) и при
температурах выше + 400С (а иногда, при работе высокопроизводительных
штаммов бактерий – при 50-600С). Обычно в этих условиях даже без
применения особых бактерий длительность переработки навоза крупного
рогатого скота составляет 2–4 недели, жидкие же отходы свиней
сбраживаются за 10 дней.
Средняя емкость применяемых резервуаров – 6-12 м3, средний выход
биогаза – 0,15 м3 в сутки на одного м3 емкости. Малые емкости широко
применяются в Индии они представляют собой круглые или
четырехугольные цилиндры из кирпича, глины с плотно закрывающейся
крышкой и отводной трубой для сбора газа. Процесс происходит в
анаэробных условиях.
Потребляемые отходы должны содержать большое количество
углеводов и малое - азота (С:Н = 30: 1 – по массе). При наличии большого
количества азота образуется аммиак, который подавляет рост
метанобактерий и процесс идет без образования биогаза. Поэтому в
биомассу, содержащую много азота (жидкие отходы свиней, остатки
бобовых культур), добавляют углеводы (измельченную солому, жом
сахарного тростника, отходы от сахарной свеклы).
Оборудование, материалы
1) колба 750 – 1000 мл или пластмассовая бутыль; 2) пробка резиновая с
выводной стеклянной трубкой; 3) резиновая трубка со стеклянным
переходником с диаметром, соответствующим сосуду для сбора газа; 4)
резиновый баллон (можно приспособить растянутую камеру резинового
шарика); 5) термостат; 6) органическая масса, содержащая много углеводов:
отходы сахарной свеклы, картофеля, листья, отходы злаков; 7) немного
высокогумусной естественной почвы.
Ход работы
В колбу или пластмассовую бутыль загружают измельченную биомассу,
каждый слой слегка посыпают гумусной почвой, заливают теплой
78
отстоянной водой (без хлора) в соответствии 1:1 по объему, что должно
соответствовать общей концентрации твердых веществ 8-11% по массе. Если
биомасса кислая, добавляют немного извести или мела для нейтрализации.
Биомасса с водой должна не доходить до верха колбы на 5-6 см. Колбу
плотно закрывают резиновой пробкой с отводной стеклянной трубкой, конец
которой в колбе располагается над водой (для выхода газа). К стеклянной
трубке присоединяют резиновую, которая через стеклянный переходник
соединяется с мягким баллоном для приемки газа. Герметичность всех
соединений и пробки с колбой обеспечивается пластмассовой изолентой.
Система ставится в термостат при +400С.
Выделение газа прослеживается на протяжении 1-4 недель по
наполнению резиновой камеры. Первые порции газа следует спустить, т.к. он
смещан с кислородом воздуха и при поджигании может произойти
небольшой взрыв. Скопившийся в резиновой камере газ (что видно по
наполнению баллона) изолируют от колбы лабораторным зажимом,
подсоединяют длинную стеклянную трубку и на конце ее поджигают газ,
ослабив зажим.
Вышеуказанный метод получения биогаза можно испытать для
утилизации отходов в
личных хозяйствах, на дачах, построив
водонепроницаемую цистерну из кирпича, цемента, глины и обложив его
толстым слоем чернозема; последнее будет способствовать большему
нагреванию емкости и изоляции от ночного охлаждения.
4. Методические рекомендации по выполнению заданий СРСП и СРС
Реферат
При написании реферата следует придерживаться следующей
структуры: 1) Титульный лист - пишутся тема реферата, название факультета
студента, его группа, Ф.И.О. 2) План (содержание), где отражаются названия
основных разделов реферата и на каких страницах они представлены. 3)
После названия и плана пишется введение, где автор отражает круг проблем,
определяет цели и задачи предложенного материала. 4) Основная часть, где
излагаются запланированные разделы реферата. 5) Оформляется заключение,
включающее личные выводы автора и рекомендации, касающиеся данной
проблемы. 6) Список использованной для написания реферата литературы.
Объем реферата должен составлять не менее 10 страниц машинописного и 12
страниц рукописного текста. Все страницы должны быть пронумерованы (на
титульном листе номер не ставится, но включается в общую нумерацию).
Начало нового раздела в реферате необходимо отделять от предыдущего и
писать его название.
Глоссарий
Титульный лист (см. оформление кроссворда). Затем в алфавитном
порядке пишутся основные понятия, относящиеся к данной теме, и даются
79
им четкие определения. Понятия должны быть выделены другим шрифтом
или подчеркнуты.
Тезисный конспект
Описываются основные понятия, касающиеся темы, или делается план,
опираясь на который, студент формирует структуру устного ответа.
Развернутый конспект (письменная работа)
Составляется план конспекта. Основные вопросы темы раскрываются
более полно, расширенно, с использованием дополнительной литературы
(занимательной, научно-публицистической и др. литературы). Конспект
должен содержать конкретные примеры по тому или иному пункту темы.
Кроссворд
На первом (титульном) листе пишутся тема (по которой пишется
кроссворд), название факультета студента, его группа, Ф.И.О. На второй
странице пишутся вопросы к кроссворду, отдельно по вертикали и по
горизонтали. Затем изображается непосредственно сам кроссворд. Последняя
страница должна содержать ответы (ключ) к вопросам: По вертикали: 1) ..., 2)
... и т.д.; По горизонтали: 1) .... 2) ... . Кроссворд должен включать не менее
30 слов.
Буклет
Титульный лист (см. оформление кроссворда). Например по теме
«ООПТ Казахстана», буклет должен включать основные категории особоохраняемых природных территорий (заповедники, заказники, природные
парки, ботанические сады, памятники природы и др.), перечень всех
заповедников Республики Казахстан с указанием их места расположения,
года и цели создания. После чего подробно описывается один из
заповедников республики: место расположения заповедника, цель его
создания, климат, рельеф, виды животных и растений, занесенных в Красную
книгу. Буклет необходимо оформить соответствующим иллюстративным
материалом и обозначить список использованной литературы.
Тесты
Титульный лист (см. оформление кроссворда). Тесты должны
содержать не менее 25-30 вопросов с предлагаемыми 5 вариантами ответов,
один из которых верный. Последняя страница должна содержать ответы
(ключ) к вопросам.
Блок-схема
Титульный лист (см. оформление кроссворда). Блок-схема
представляет собой схематично представленный материал, содержащий
краткие, емкие определения основных понятий с указанием взаимосвязей
между ними.
5. Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов под
руководством преподавателя (СРСП)
Задание к СРСП № 1
80
Тема: «Особенности отношения человека и природы в присваивающий,
аграрный, производительный, индустриальный и
постиндустриальный периоды»
Цель: изучить особенности отношения человека и природы в различные
периоды развития общества
Форма контроля: устный опрос
Задание: изучив литературу, рассмотрев предложенные ниже вопросы,
составить блок-схему
1. Взаимоотношения человека и природы в присваивающий и аграрный
периоды
2. Особенности отношения человека к природе в производительный период
развития общества
3. Индустриальный и постиндустриальный периоды: общество и природа
Задание к СРСП № 2
Тема: «Эволюция географических сфер Земли»
Цель: рассмотреть особенности развития географической оболочки в
различные геологические эпохи
Форма контроля: устный опрос
Задание: изучив литературу, ответить на предложенные вопросы
1. Изменения географической оболочки Земли в палеозойскую эру
2. Реконструкция расположения континентов и океана в палеозое
3. Физико-географические условия в мезозое и кайнозое, их эволюция
4. Реконструкция расположения континентов и океана в мезозойскую и
кайнозойскую эры
Задание к СРСП № 3
Тема: «Зональность почв»
Цель: изучить зональные типы почв, особенности их строения,
отличительные черты и морфолого-генетические свойства
Форма контроля: устный опрос
Задание: изучить литературу, написать реферат, подробно осветить
предложенные вопросы
1. Классификация и номенклатура основных типов зональных почв
2. Горизонтальная и вертикальная зональность почв
3. География почвенного покрова Республики Казахстан
Задание к СРСП № 4
Тема: «Проблема опустынивания»
Цель: рассмотреть все типы опустынивание и деградации земель, отметить
их причины и последствия
81
Форма контроля: устный опрос
Задание: изучить литературу, рассмотреть указанные ниже
опустынивания, разработать тесты
1. Техногенное нарушение земель и деградация растительности
2. Засоление, дегумификация, водная и ветровая эрозия почв
3. Химическое загрязнение почв, грунтовых и поверхностных вод
4. Нарушение гидрологического режима
типы
Задание к СРСП № 5
Тема: «Конвенция о биоразнообразии»
Цель: рассмотреть основные положения Конвенции о биоразнообразии,
принятой на Конференции в Рио-де-Жанейро (1992 г.)
Форма контроля: устный опрос
Задание: ознакомиться с Конвенцией о биоразнообразии, изучить основные
ее положения
1. Охрана биоразнообразия – одно из важнейших требований устойчивого
развития общества
2. Значение Конвенции о биоразнообразии в деле сохранения и устойчивого
использования биоразнообразия
3. Подписание и ратификация Республикой Казахстан Конвенции о
биоразнообразии
Задание к СРСП № 6
Тема: «Население Земли и его влияние на природу»
Цель: рассмотреть проблему роста населения планеты и его
увеличивающегося влияния на окружающую среду
Форма контроля: устный опрос
Задание: изучить литературу, написать реферат, подробно осветить
предложенные вопросы
1. Понятие о «демографическом взрыве»
2. Сравнение роста численности народонаселения в развитых и
развивающихся странах
3. Негативные последствия роста численности населения (рост потребления,
рост городов, загрязнение среды, падение уровня жизни, скученность и
др.)
6.Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)
СРС по курсу включает в себя подготовку к опросу и сдаче самостоятельных
работ по темам:
82
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Теория Большого взрыва
Гидрологический цикл
Ритмические явления в природе: годичные ритмы
Азональность и ее экологические следствия
Особо охраняемые природные территории Республики Казахстан
Проблема урбанизации и крупных городов
Здоровье человека и окружающая среда
7. Литература
Основная литература
1. Панин М.С. Химическая экология. - Семипалатинск, 2002
2. Панин М.С. Экология Казахстана. - Семипалатинск, 2005
3. Розанов Б.Г. Учение об окружающей среде. – М., 1984
4. Физическая география Республики Казахстан/ Джамалиева К.М.,
Будникова Т.И., Виллисов Е.Н., Давлеткалиева К.К. – Алматы: Казак
Университеты, 1998
5. Чигаркин А.В. Геоэкология Казахстана. – Алматы, 1995
6. Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. – М.: Просвещение, 1988
7. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность. М.: Академия,
2002
Дополнительная литература
1. Абдулин А.А. Геология и минеральные ресурсы Казахстана. – Алматы:
Гылым, 1994
2. Биосфера: загрязнение, деградация, охрана. – М.: Высш.шк., 2003
3. Воронков Н.А. Экология. – М., 1999
4. Иорданский Н.Н. Эволюция жизни. – М., 2001
5. Панин М.С. Эколого-биогеохимическая оценка техногенных ландшафтов
Восточного Казахстана. – Алматы: Эверо, 2000
6. Петров К.М. Общая экология. – СПб, 1998
7. Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей
среде: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Семей, 2002, 2004, 2006
8. Чигаркин А.В. Основные проблемы ландшафтоведения и охраны природы
Казахстана. – Алматы, 1974
83
Содержание
1
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Глоссарий
Тезисы лекционных занятий
Методические указания для проведения лабораторных работ
Методические рекомендации по выполнению заданий СРСП и
СРС
Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов
под руководством преподавателя (СРСП)
Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов
(СРС)
Литература
84
3
7
63
79
80
82
82
85