Вопрос 1. Окружающая среда. Экологические факторы.
Экология с основами безопасности жизнедеятельности
Александр Борисович Савинов
Экология - (oikos + logos) наука о жилище (месте обитания) - 1868 год, Эрнст Геккель ввел этот термин.
Экология - наука о механизмах взаимодействия живых организмов между собой (включая человека) и не живыми (абиотическими) компонентами окружающей среды.
Области экологии:
1. общая (фундаментальная) экология
- аутэкология - занимается изучением взаимодействия отдельных организмов с другими организмами
- демэкология - изучает взаимодействие популяции с окруж. средой
- симэкология - изучает сообщества популяций
2. частные экологические направления
- экология птиц
- рыб
- человека
- позвоночных
- беспозвоночных
- и т.д.
3. прикладная экология - занимается решением задач которые встают перед человечеством, например:
- промышленная экология
- агроэкология
- военная экология
- космическая экология
- охрана окружающей среды
вопрос 1. Окружающая среда. Экологические факторы.
Окружающая среда - материальное пространство с которым взаимодействует данный организм.
экологические факторы:
1) природные: климатические условия
2) антропогенные:
- нарушение окружающей среды
геомеханические нарушения - воздействие на почву (литосферу)
гидродинамические - в гидросфере
аэродинамические - нарушение в атмосфере
биоценотические - нарушение в биоценозе
- загрязнение окружающей среды привнесение в данную среду нехарактерных для нее хим.(несвойственные хим. соединения), или биологических (вирусы), физических (ионизирующие излучение, акустическое загрязнение, тепловое) агентов или превышение естественного уровня этих агентов в данной среде.
Правило Толерантности Шелфорда
жизнеспособность
экол. факторы
min max
Для любого живого организма существует максим. и минимальное значение любого эколог. фактора котор. огранич. область существования данного органнизма.
Стенобионты- в узком диапозоне изменений
Эврибионты - в широком диапозоне
Правило Либиха - жизнедеятельность иммитируется фактором который в данной среде находится в минимуме
Водная среда обитания
свойства воды:
• большая плотность воды
• сильные перепады давления в зависимости от глубины
• значительное светопоглощение и светопреломление
• малое содержание кислорода
Все водные организмы - гидробиоты. Наука - гидробиология (гидроэкология)
Экологические зоны водоемов:
на попереченом разрезе можно наблюдать три зоны:
Озеро
по вертикале:
• глубина 1 метр - Эпилимнион - в ней происходят резкие колебания температуры,
• до 1 метра выделяют металимнион,
• остальная часть - гиполимнион
по горизонтали:
• 2-2,5 метра - эулитораль
• 10-12 метров - сублитораль
• свыше 12 метров - профундаль
Море
по вертикали:
• до 200 метров - эпипелагиаль
• 200-3000 метров - батипелагиаль
• свыше 3000 метров - абиссопелагиаль
по горизонтали:
• до 2 метров - сублитораль
• 200-3000 метров - батиаль
• 3км-6км - абиссаль
• свыше 6 км - ультраабиссаль
группы гидробионтов обитающих в опред. зонах:
1) планктон - населяют пелагиаль и не способная противостоять переносу течения.
• бактериопланктон (в состав входят бактерии автохтонные (постоянно обитают) и аллохтонные (привнесенные)),
• фитпланктон (одноклеточные водоросли),
• зоопланктон (животные (ракообразные фильтраторы) и одноклеточные (инфузории, амебы)
2) нектон - группа активно плавающих, которые способных противостоять течению и преодолевать значительное расстояние (рыбы, китообразные, ластоногие, змеи, черепахи, кальмары)
3) нейстон - гидробионты которые обитают у поверхностной пленки воды
• эпинейстон - обитают на пленке (клопы, водомерки, жуки вертячки)
• гипонейстон - под пленкой (личинки комаров, молюски)
4) плейстон - гидробионты одна чать тела которого находится под водой а другая над водой (португальский кораблик(медуза), рязка)
5) бентос - обитают на дне или у дна (донные молюски, черви, личинки насекомых, комбала, скаты, налим, сом, орголистник - растение)
6) перифитон - на корпусах кораблей, сваях (водоросли, одноклеточные, сидячие ракообразные, молюски,
Химический состав воды.
1. Газовый режим водоемов
• кислород - необходим для дыхания, обогащение воды кислородом происходит за счет диффузии из атмосферы и фотосинтеза. Максимальное содержание кислорода в воде составляет 10мл/л.
• углекислый газ - углекислый газ выделяется в воду за счет дыхания организмов, за счет диффузии из атмосферы, за счет выделения углекислого газа из разл. соединений из солей угольной кислоты.
• сероводород - ядовитый газ - образуется за счет деятельности бактерий разлагающие мертвые органические вещества
• метан - образуется за счет разложения клетчатки растительных остатков
2. Соли. Минеральные вещества.
«Цветение» воды - массовое развитие фитопланктона (избыток)
Соленость воды - зависит от концентрации ионов. Выражается в промилле: 1 промилле = 0,1% все водоемы делятся на четыре группы:
1) пресные соленость до 0,5 промилле
2) солоноватые 0,5-0,30 промилле
3) морские 30-40 промилле
4) пересоленые свыше 40 промилле
3. органические вещества - белки, липиды, водный гумус (гуминовые кислоты)
Наземная воздушная среда
1. Световой режим и адаптация к нему живых организмов
Экологическая пирамида
Отражает:
1) биомассу организма
2) численность
3) кол-во энергии
(Рацион) Р=П+Д+Н-неусвоенные остатки
П - продукция
Д - дыхание
Н - неусвоенные остатки
Земля получает 99,9% энергии от солнца
19% - поглощается через атмосферу
47% - доходит до земной поверхности
34% - отражается в космическое пространство
Солнечный свет - это электромагнитные излучения с длиной волны 0,1-30 000 НМ
Из ультрафиолетовых лучей до Земли доходят волны 290-380 НМ
Фреон - разрушает озоновый слой
Растения:
1) гелеофиты (сетолюбивые)
2) сциофиты (тенелюбивые растения)
хлорофил «а» «в»
животны делятся на:
фотфилы - (любят свет)
фотооробы (не любят свет)
Возникает явление: фотопериодизм - разная реакция организмов на сезонные изменения светового дня.
У многих организмов при малой освещенности возникает диапауза - состояние функционального покоя возникающее в жизненном цикле организмов как приспособление к переживанию неблагоприятных условий.
Фотопериодизм:
1) краткодневный
2) длиннодневный
3) промежуточный
Температурный режим
Высший режим температуры для организмов +-50°С
бактерии термофильные - могут жить при температуре +85°С
Животное:
1. пойкилотермные - температура тела зависит от температуры окружающей среды (амебы и т.д.)
2. гомойотермные - млекопитающие, птицы
Q=t°эф * n
Q - сумма тепла
t°эф - температура развития организма
n - количество дней действия температуры
Терморегуляция:
физическая - осуществляется за счет анатомических и морфологическтх структур (волосы, диаметр сосудов, перья)
химическая окислительные процессы в организме
экологическая - то есть поведенческая
Влажность
относительное отношение влажности воздуха - отношение начального давления водяного пара к насыщенному пару
∑отн=ƒреальн/Fнасыщ * 100%
Количество осадков в данной местности выражают в см и мм
Индекс засушливости Мартона
P - годовое количество осадков (мм)
T° - средняя температура в данной местности
I=P/T°+10
организмы подразделяются на:
гидрофиты - нужна влажная среда (до 100%) - дождевые черви, мокрица и т.д.
мезофиты - средняя влажность (50-60%)
ксерофиты - влажность <50%
Строение атмосферы
Сфера - газовая оболочка Земли связанная с ней силой тяжести, принимающая участие в суточном и годовом вращении Земли
Состав атмосферного воздуха:
азот - 78%
кислород - 28%
углекислый газ - 0,03%
аргон - 0,93%
Строение:
1) тропосфера - область где формируется климат
• максимальная плотность воздуха
• конвекционные потоки воздуха (нисходящие и восходящие)
2) стратосфера (50-60 км)
• начинается с тех высот которые не достигают конвекционные потоки воздуха
3) мезосфера - температура падает до -60 - 80°С
• плотность воздуха уменьшается в 200 раз
4) ионосфера - поглощает рентгеновское излучение солнца
Почва
Выветривание - процессы физического разрушения и химического изменения горных пород и составляющих их минералов под влиянием факторов атмосферы, гидросферы и биоценозов
Выветривание:
• физическое - дробление
• химическое - окисление
• биологическое
гумус содержит:
• гуминовые кислоты
• фульвокислоты
• гумин
• гумуфикация
Почва - это самый верхний плодовитый слой литосферы представляющий собой многообразную слоистую систему включающую в себя:
• твердую фазу
• жидкую фазу
• газообразную фазу
Почва является продуктом взаимодействия наземного биоценоза и земной коры
В.В. Докучаев
П=ƒ(о,г,х,р) * t
Почвенный профиль
1. дерненый
2. гумусовый
3. иллювиальный горизонт
4. почвообразующая порода
Морена - геологическое тело, сложенное ледниковыми отложениями
Почвенная биота:
1) микробиота - почвенные бактерии разлагают мертвую органику (амебы, инфузории)
2) мезобиота - совокупность почвенных организмов, представленных среднеразмерными особями (нематодами, энхитреидами, мельчайшими личинками насекомых и микроартропод и др.).
3) макробиота - дождевые черви, личинки насекомых, мокрицы
Живые организмы как среда обитания
Экспансия - захват
Симбиаты - организмы двух разных видов, состоящие в длительном тесном сожительстве
Биологические ритмы организмов:
• внутренние - происходят внутри организма
• внешние - происходят в окружающей среде и влияют на организм, обусловленны процессами вращения земли вокруг солнца
Врожденные ритмы организма - циркадные (околосуточные) от 20 до 28 часов, циркадианные (окологодовые) 10-13 месяцев
Популяция
Популяция - группа особей одного вида относительно изолированная от подобных групп этого же вида занимающая пространство (ареал) и развивающаяся в нем эволюционно длительное время.
параметры популяции:
• плотность - количество особей приходящееся на единицу площади ареала или единицу объема занимаемого пространства ареала
• численность - кол-во особей в ареале N=k*Sint
• рождаемость - кол-во особей появляющиеся в популяции за единицу времени в результате размножения
V=k*n/t k - кол-во яйцеклеток у самки, n - кол-во самок в популяции, t - время развития популяции
• смертность - кол-во особей умерших в популяции за единицу времени
D=N1+V(t2-t1)-N2/t2-t1 N1 - численность популяции в момент времени - t1, N2 - численность популяции в момент времени - t2
• прирост популяции M=V-D
• темп роста - W=V-M/t
Динамика популяции
N
Популяционные волны :
периодические
апериодические
t
Биоценоз
Биоценоз - исторически сложившаяся совокупность разных видов, взаимодействующих и взаимосвязанных между собой
• природные - мало затронуты деятельностью человека
• искусственные - в основном создано человеком
1) Видовая структура - количество видов в биоценозе и соотношение численности и биомассы этих видов
H= -∑Pj*log2Pi Pi=nj/N N - численность биомассы всех видов, nj - количество i-го вида
(бит)
2) Пространственная структура - выражена в форме ярусности.
• фитооценоз - совокупность растений в биоценозе
• зооценоз - совокупность животных в биоценозе
• микробоценоз - совокупность микробов в биоценозе
3) Экологическая структура - соотношение групп организмов с одинаковым типом питания
• фитофаги - питаются растениями
• зоофаги - питаются животными
• некрофаги - питаются мертвыми телами
• копрофаги - питаются экскрементами других животных
Биоценотические связи
1) трофические (пищевые) - обуславливают питание одного вида любым другим видом или его мертвыми остатками или его экскретами
• прямые - объекты взаимодействуют непосредственно между собой
• косвенные
Фитопланктон ------ зоопланктон ------- мелкие не хищные рыбы ------- крупные хищные рыбы
Коэффициент аккумуляции:
K=C1/C С1-концентрация вещества в теле организма, С-концентрация этого вещества в окружающей среде
2) топические связи (средовые) - выражаются в изменении химических или физических свойств окружающей среды одного вида биоценоза в отношении другого
3) форические связи - выражаются в переносе одного вида другим видом в пределе биоценоза
4) фабрические связи - выражаются в строительстве убежишь для себя или своего потомства
Экологические системы
Экосистема - исторически сложившаяся совокупность популяций разного вида и абиотических компонентов окружающей среда в которой происходит круговорот веществ и протекает поток энергии
Экосистема - система состоящая из биоценоза и биотопа. Биотоп - среда обитания биоценоза.
элементы экосистемы:
• продуценты (растения, водоросли)
- фотосентетики
- хемосинтетики
• консументы - потребители вещества созданными продуцентами
- первого порядка - фитофаги
- второго порядка - зоофаги
- третьего порядка - паразиты зоофагов
- четвертого порядка - сверхпаразиты (паразиты консументов третьего порядка)
• редуценты - разрушается мертвая органика, возвращается
Динамика экосистемы
• поступательные (сукцессия) - один тип экосистемы сменяется другим типом
• квазициклические - не приводят к качественной семене экосистемы, только количественные изменения
первичная сукцессия: озеро -- болото -- лес
вторичная скуцессия:
Биосфера
Биосфера - суперэкосистема планеты
атмосфера
почва
Техногенное воздействие на экосистемы
• антропогенное нарушение среды
- геомеханические нарушения (нарушение земной коры) - уплотнение почвы
- гидродинамические (нарушение водных систем)
- аэродинамические нарушения (нарушение атмосферы)
- биоценотические нарушения (нарушения биоценозо в) механическое повреждение биоценозов
• антропогенное загрязнение среды
Загрязнение - привнесение в данную среду новых нехарактерных для нее физических (электромагнитное поле, радиоволны), химических и биологических агентов или превышение естественного уровня этих агентов в данной среде.
Единицы измерения доз радиации:
| Наименование дозы | СИ, СГС | Внесистемные единицы | Примечание |
| Экспозиционная | эрг/см3 | 1 рентген | в одном см^3 ртутного воздуха будет возникать 2*10^9 пар ионов |
| Поглащенная | 1Гр(Грей) 1Дж/кг | 1 рад (Radiation action dose) | 1Грей=100рад Грей - кол-во энергии ионизируещего излучения поглощенной единицой массы любого физического тела |
| эквивалентная | Зиверт (Зв) | БЭР (биологический эквивалент рентгена) | 1Зв=100БЭР |
Единицы активности нуклидов
СИ - 1Беккерель (1Бк) = 1 ядерный распад/сек
1Кюри = 3,7*10^10Бк = 3,7*10^10 ядерн.расп/сек
Уровень радиации
p/ч mp/ч mЗв/ч
нижний порог 1000мЗв
смерт. доза - 6000-7000мЗв
Нормы радиоактивного загрязнен ия почв
| Относит. удовлетв. ситуация | ЧЭС | ЗЭБ | |
| цезий Cs137 | </=1 | 15-40 | >40 |
| стронций Sr90 | </=0,3 | 1-3 | >3 |
СПАВ - синтетически поверхностно-активные вещества
Диоксины - ксенобиотики, которые являются побочными продуктами технологий в, которых происходит хлорирование каких-либо субстратов
Концепции ПДК, ПДВ, ПДС
ПДК - предельно допустимая концентрация - максимально количество вредного вещества, в единице объема, которое при неограниченном долгом воздействии на организм человека не вызывает болезненных изменений и не отражается отрицательно на его потомках.
ПДКмр - максимально разовое
ПДВ - предельно допустимый выброс - максимальное количество вредного вещества, которое может быть выброшено в атмосферу без превышения ПДК по этому веществу.
ПДВ = (ПДК-Сф)*H/A*F*m*n*НЮ * V*∆t/N
Cф - концентрация которая будет на расстоянии от источника загрязнения 50км
Н - высота трубы
V - объем выброса
∆t - разница температур
A,F,m,n - вспомогательные элементы
ПДС - предельно допустимый сброс - максимальное количество вредного вещества, которое может быть выброшено в водоем без превышения ПДК по этому веществу.
| Среда | Ед. измерения | США | Германия | Италия | Голландия | РФ |
| атмосферный воздух (насел. пункт) | ПГ/М3 | 0,02 | - | 0,04 | 2,12 | |
| вода | ПГ/л | 0,013 | 0,1 | 0,05 | - | |
| молоко | НГ/кг | - | 1,4 | - | 0,1 | 5,2 |