Антропогенные факторы возникновения неустойчивости в биосфере

47.Дифференциация антропогенной нагрузки на окружающую среду в зависимости от типа цивилизации на различных ступенях ее развития.

48.Роль природы в становлении и развитии человеческого общества. История взаимодействия природы и общества: основные этапы: (биогенный, аграрный,промышленный, информационный), особенности и уроки.

49.Глобальные экологические проблемы современности (изменение климата, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, опустынивание, сокращение биоразнообразия, загрязнение Мирового океана и т.д),причины их возникновения и последствия. 50.Экологические проблемы, связанные с интенсификацией сельского хозяйства и промышленности.

51.Физическое, химическое и биологическое загрязнение окружающей среды и их эколого-генетические последствия.

Социально-экологические проблемы современности и устойчивое развитие.

53. Социально-экологический кризис и устойчивое развитие.

54. Рост населения и изменение его качества. Факторы, влияющие на рождаемость, методы и способы планирования семьи.

55. Проблемы урбанизации. Бедность и неэквивалентность распределения доходов. 56.Проблемы энергетического кризиса и пути их решения.

57. Мировая продовольственная проблема, пути решения.

58.Ресурсный кризис, причины и последствия, пути решения.

59.Изменение генофонда, возрастание общей агрессивности среды, новые виды воздействий на живые организмы.

60.Войны и терроризм: экологические последствия. Военно-промышленный комплекс и среда обитания.

Охрана природы и устойчивое развитие.

61.Принципы и методы охраны окружающей среды. Заповедные территории как одна из форм охраны окружающей среды.

62. Охрана генетического разнообразия. Биосферные резерваты. Красная книга и ее роль в сохранении биоразнообразия.

63.Разработка основ рационального природопользования и охраны окружающей среды как необходимого условия перехода к устойчивому развитию.

64.Роль экологического образования и просвещения в обеспечении устойчивого развития человечества.

Актуальные экологические проблемы устойчивого развития Республики Казахстан.

66.Процессы дестабилизации природной среды в РК, причины и следствия.

67.Социально-экологические проблемы Приаралья.

68.Последствия ядерных испытаний для человечества. Семипалатинский ядерный и другие полигоны на территории РК.

69.Антиядерное движение Невада-Семей.

70.Методы и критерии оценки состояния окружающей среды.

71. Экологический мониторинг, принципы его организации.

72.Химический, физический и биологический мониторинг.

73.Законодательство Республики Казахстана в области охраны окружающей среды. 74.Экологическое образование и воспитание населения в РК.

75.Обеспечение устойчивого развития Республики Казахстан: концепция Устойчивого разы развития и механизмы обеспечения устойчивого развития Казахстана.

Ситуационные задачи

Задача №1.В водной среде амплитуда значений температуры невелика- не превышает 50 "С, тогда как в наземно-воздушной среде - до 100 °С. Среде присуща высокая плотность, содержание кислорода 1% от объема. Свет в чистых водах проникает до глубины 50-60 м, в сильно загрязненных - на несколько сантиметров.

Вопросы:

1. Назовите лимитирующие факторы водной среды.

2. Какие обитатели типичны для водной среды - гомойотермные или пойкилотермные, и почему?

3. Какова экологическая валентность водных обитателей к температурному фактору?

4. Назовите основные пути адаптации водных организмов к высокой плотности воды и недостатку света.

5. Приведите примеры непериодических факторов, которые могут действовать на водных обитателей.

Задача №2.

Для наземно-воздушной среды характерны низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые, амплитуда до 100 °С), высокая подвижность атмосферы, хорошая обеспеченность кислородом.

Вопросы:

1. Назовите лимитирующие факторы наземно-воздушной среды.

2. Какие обитатели типичны для наземно-воздушной среды - гомойотермные или пойкилотермные, и почему?

3. Какова экологическая толерантность обитателей наземно-воздушной среды к температурному фактору?

4. Назовите основные пути адаптации организмов наземно-воздушной среды к температурному фактору и содержанию воды.

5. Приведите примеры непериодических факторов, которые могут действовать на обитателей наземно-воздушной среды.

6. Какие адаптации организмов вызывает свет?

7. Как может измениться предел толерантности к одному фактору, если значения другого фактора являются экстремальными (стрессовыми)?

Задача №3.

Для почвенной среды характерны небольшие колебания температуры, плотное сложение, наличие в порах свободной воды и воздуха, малое содержание кислорода, большее, чем в атмосферном воздухе.

Вопросы:

1.Какие эдафические факторы вы знаете?

2.Назовите факторы почвенной среды, наиболее часто являющиеся лимитирующими.

3. Каковы пути адаптации растений к влажности, температуре, химическому составу почвы?

4.Какие обитатели типичны для почвенной среды - гомойотермные или пойкилотермные. и почему?

5.Приведите примеры непериодических факторов, которые могут действовать на растения и почвенную биоту.

6. Что такое растения-индикаторы, какую роль они играют

Задача №4.Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы тепличными газами и способствующих развитию парникового эффекта.

Все виды солнечного излучения (от ультрафиолетового до инфракрасного) достигают земли и нагревают ее. Последняя переизлучает ранее накопившуюся тепловую энергию в вид ИК-излучения в Космос. Переизлученное ИК-излучение интенсивно поглощается некоторыми газами (СОг, СНд, NO2, фреонами). Указанные газы, называемые парниковыми, действуют в атмосфере как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленного постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.

Основным парниковым газом является диоксид углерода: его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65 %. К другим парниковым газам относится метан (около 20%), оксиды азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (около 10-25 % парникового эффекта). Всего известно около 30 парниковых газов, их утепляющий эффект зависит не только от количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю СОг принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для оксидов азота - 165, а для фреона - 11000.

Основными антропогенными источниками поступления СОг в атмосферу является сжигание углеродсодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.). Ныне только от теплоэнергетики в атмосферу поступает около 1 т. углерода на человека в год; по прогнозам в первой половине XXI столетия выброс достигнет 10 млрд. т. Согласно Ю.В .Новикову (1998 г.), доли некоторых государств в глобальном выбросе СОг таковы: США - 22%, Россия и Китай - по 11%, Германия и Япония - по 5%, остальные страны около 46%.

Вследствие парникового эффекта среднегодовая температура на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3 - 0,6 °С. В настоящее время увеличение концентрации СО2 происходит примерно со скоростью 0,3 - 0,5 % в год. Увеличивается содержание и других парниковых газов: метана - на 1 %, оксидов азота - на 0,2 % в год ПО разным источникам, удвоение содержания парниковых газов, которое может произойти во второй половине текущего века, вызовет повышение среднегодовой температуры планеты на 1 - 3,5 °С. Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа не только для отдельных экосистем, но и биосферы в целом:

1. В случае повышения уровня океана на 1,5 - 2 м под затопление попадает около 5 млн. км²земель, причем наиболее плодородных и густонаселенных. На них проживает около 1 млрд. человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов в глубь материков чреваты военными конфликтами и социальными потрясениями.

2. Помимо подъема уровня океана, потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений. Следствием этого, очевидно, явится резкое обострение продовольственной проблемы.

3. Уменьшение различий температуры на полюсах и экваторе (в основном за счет более сильного потепления полюсов) вызовет, в свою очередь, подтаивание вечномерзлых почв (таковых в России около 2 млн. км²) и высвобождение из них огромных количеств метана, что усилит парниковый эффект.6

4. Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье людей как вследствие усиления теплового стресса в южных районах, так из-за распространения многих видов заболеваний.

Вышеизложенное дало основание Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто, 1979 г.) заявить, что «...конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».

Вопросы:

1. О нарушении каких функций живого вещества свидетельствует появление парникового эффекта?

2. Следствием нарушения человеком каких круговоротов веществ является возникновение парникового эффекта и почему?

3. Как изменяется продуктивность биосферы и видовое разнообразие при воздействии парникового эффекта?

4. Свидетельствует ли появление парникового эффекта о нарушении гомеостатических механизмов биосферы?

Задача №5.Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы оксидами азота и углерода и способствующих возникновению кислотных дождей.

В последние 15-20 лет возникла сложная и трудная экологическая проблема кислотных дождей (рН менее 5,0). При сжигании различных видов топлив, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной влагой образуется азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией.

Согласно расчетам, доля диоксида серы в образовании кислых осадков составляет около 70%. Появлению кислых осадков способствует также ССЬ; из-за его постоянного присутствия в атмосфере нормальным является рН осадков 5,6.

В дальнейшем кислоты выпадают на поверхность суши или водоема в виде кислотных дождей или иных атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2 - 2,3, что соответствует кислотности уксуса.

Общее количество выбросов SO2 и NO2 в мире ежегодно составляет более 250 млн. т. В пересчете на душу населения количество выбросов (кг/год): в Дании - 4, бывшем СССР - 18, Англии - 32, Польше - 55, Австрии - 8, Германии - 160, Италии - 20, Швеции - 6 (Войткевич Г.В., Вронский В.А., 1996 г.).

Кислые осадки особенно типичны для Скандинавских стран, а также Англии, ФРГ, Бельгии, Дании, Польши, Канады, северных районов США. В городах до 70 - 90% загрязнений в атмосферу, в том числе и способствующих образованию кислых осадков, поставляет автотранспорт.

Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно: почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, строения и другие объекты в той или иной степени страдают от них.

Поступая в почву, кислые осадки увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотфиксаторов и других организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов, из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, и ртути). В ряде мест кислые осадки и продукты их действия (алюминий, тяжелые металлы, нитраты и др.) проникают в грунтовые воды, а затем в водоемы и водопроводную сеть, где также способствуют высвобождению из труб алюминия и других вредных веществ. Как результат происходит ухудшение качества питьевой воды.

Действие кислых осадков на водные экосистемы весьма многообразны. Попадая в водные источники, они повышают кислотность и жесткость воды. При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других биологически активных веществ, от которых зависти 7

рост и развитие организмов. Особенно отрицательное действие проявляется в основном на яйцеклетках и молоди.

Сейчас на Земле насчитываются многие тысячи озер, практически лишившихся своих обитателей. Почти 20% рек и озер Швеции, Норвегии и Канады потеряли более половины обитающих в них организмов. Так, в Швеции в 14 тысячах озер уничтожены наиболее чувствительные виды, а 2200 озер фактически безжизненны. Около 1000 озер в США заметно подкислено, а более 3 тысяч имеют кислотность, неблагоприятную для многих обитателей.

Действие кислых осадков и атмосферных загрязнителей на леса способствует выщелачиванию из растений биогенов (особенно кальция, магния и калия), Сахаров, белков, аминокислот. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуют появлению вспышек численности насекомых. Такие воздействия имеют конечным результатом снижение фитоценозами продуктивности, а нередко и их массовую гибель. Накоплено много данных об отрицательном влиянии кислых осадков на растения через почву, прежде всего, в результате увеличения подвижности алюминия и тяжелых металлов. Свободный алюминий повреждает молодые корни, создает очаги для проникновения в них инфекции, а также вызывает преждевременное старение деревьев.

Особенно сильно повреждаются хвойные леса, что в первую очередь связано с большой продолжительностью жизни их хвои (4-6 лет), обусловливающей накопление в ней относительно больших концентраций токсикантов.

Сейчас особо много внимания уделяется поражению лесов в результате совместного действия традиционных загрязнителей (SO2, ЖЬ) и озона. Приземный озон является в основном продуктом фотохимического смога. В его присутствии интенсивно разрушается хлорофилл, причем как в результате прямого влияния, так и через ускорение расходования витамина С, который защищает хлорофилл от окисления.

Вопросы:

L О нарушении каких функций живого вещества свидетельствует появление кислотных дождей?

2. Следствием нарушения человеком каких круговоротов веществ является кислотные дожди и почему?

3. Как изменяется продуктивность биосферы и видовое разнообразие при действии кислотных дождей?

4. Свидетельствует ли появление кислотных дождей о нарушении гомеостатических механизмов биосферы?

Задача №6.Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы фреонами (хладонами) и озонаторами и способствующих истощению озонового слоя.

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в стратосфере. По разным оценкам, в средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило 2 - 10%.

Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой, где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40 — 50%. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение концентрации озона, получило название "озоновой дыры". В настоящее время "озоновая дыр" вышла за пределы континента и по размерам (10 млн. км²) превышает площадь США.

Меньшая по размерам "дыра" наблюдается и над Арктикой. Отмечается появление т.н.

"блуждающих дыр" площадью от 10 до 100 тыс. км² в других регионах, где потери озона

? достигают 20-40% от нормального уровня (около 0,06 мг/м³). Беспрецедентная аномалия озона,

как по уровню его дефицита, так и по размерам затронутой территории, была отмечена в России

над районами Восточной Сибири.

Крайне опасные для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана -увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Из-за уменьшения концентрации8

озона только на 1% происходит увеличение интенсивности Уф излучения у поверхности Земли на 15%. В свою очередь, это, согласно официальным данным ООН, приводит к появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также снижению иммунитета как у человека, так и у животных.

Помимо ухудшения здоровья, истощение озонового слоя способствует усилению "парникового эффекта", снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды. Согласно Ю.В. Новикову (1998 г.), проникновение через "озоновые дыры" солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50 - 100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн. га. лесов, в 2002 г. - более 1 млн. га.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т.д.

Будучи чрезвычайно инертными, фреоны минуют тропосферу без изменений. Только в стратосфере они подвергаются фотохимическому разложению по радикальному механизму, например:

hv hv

CFC1₃------► CFCb + Cl или CF₂C1₂------► CF₂C1 + Cl

Образовавшиеся активные атомы хлора включаются в циклический процесс разрушения озона:

—► С1+-©*- С1О + О₂

сю +-е^ ci + о₂

'_____i

О₃ -Ю- 2О₂

Фреоны способны находится в атмосфере, не разрушаясь 70-100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тыс. атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 млн. тон озонирующих веществ. Около 35% производимого _г объема приходилось на США, 40% - на страны Европы, 10-12% - Японию,7-10% - Россию.

Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано также разрушение озона при ¹ ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Установлено также, что уничтожают озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски . космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шатл» приводит к потерям 10 млн. тон озона. 300 таких запусков в год - и практически весь озон будет уничтожен.

В последнее время ученые высказывают предположение о существенном вкладе природных явлений в процессы разрушения озона и возникновения «озоновых дыр». К таковым относятся, например, 11 - летние циклы солнечной активности, выход озон разрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходящих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеиванию озона.

Вопросы:

1. О нарушении каких функций живого вещества свидетельствует появление озоновых дыр?

2. Следствием нарушения человеком каких круговоротов веществ является появление озоновых дыр и почему?

3. Как изменяется продуктивность биосферы и видовое разнообразие при наличии озоновых дыр?

4. Свидетельствует ли появление озоновых дыр о нарушении гомеостатических механизмов биосферы?

Задача №7

Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы оксидами азота и углерода и способствующих возникновению кислотных дождей.

Вопросы:

1. О нарушении каких функций живого вещества свидетельствует появление кислотных дождей?

2. Следствием нарушения человеком каких круговоротов веществ является кислотные дожди и почему?

3. Как изменяется продуктивность биосферы и видовое разнообразие при действии кислотных дождей?

4. Свидетельствует ли появление кислотных дождей о нарушении гомеостатических механизмов биосферы?

5.Назовите последствия кислотных дождей?

Задача№8

20 апреля 2010 года произошел взрыв на нефтяной платформе глубоководного бурения «Дипуотер Хоризон», принадлежащий компании «Бритиш Петролеум» (Би-Би»). Платформа была построена в 2001 году корейской компанией «Хьюндай». В сентябре здесь пробурили самую глубокую на тот момент скважину, достигнув глубины 10680 метров, из которых 1259 – это вода. Через полгода произошел взрыв - 11 человек были ранены, 11 погибли. Специалисты считают, что именно буровые работы, проведенные без учета всех факторов и привели к образованию «дырки в земле».

Через два дня после взрыва, после 36 часов пожара платформа затонула. В конце апреля было объявлено, что нефть поступает в воды Мексиканского залива 14тысяч тонн в сутки. То есть в океан ежедневно выливается по одному огромному танкеру в день. Весь май нефть вытекала не только из трубы, но как оказалось и из морского дна. Вместе с нефтью и газом из глубины земли под огромным давлением ( тонн на кв. сантиметр) на огромной скорости (200 километров в час) выбрасывается песок. Он действует как абразивный материал и стачивает границы скважины, расширяя ее. Чем больше он их расширяет, тем больше выбрасывается нефти и песка- цепная реакция. Температура нефти – около 400 градусов. В июне месяце нефть продолжала изливаться, а на поверхности моря появилась пленка толщиной 1 микрометр. То есть 1 кубометр нефти в состоянии покрыть 1 квадратный километр океана и остановить испарение воды на значительное время. В заливе очень сильное течение, поэтому нефть разносится по всему заливу, а затем уходит в Атлантику

Российские ученые оценивают утечку нефти в 2,9 миллиона! Технологий борьбы с последствиями разлива нефти обладают всего 17 стран. Все они предложили свою помощь, но президент Обама отказался. «Би-Би»! Распыляла миллионы кубометров «Корексита 9500». Количество же этого реагента, как считают эксперты, уже достаточно, чтобы нарушить биологическую систему все Северной Америки и разрушить всю цепочку растений и живых организмов от микробов до крупных млекопитающих, включая человека. Достаточно одного сильного урагана, чтобы вся эта химия поднялась из океана и обрушилась на сушу.

Национальный центр атмосферных исследований США смоделировал шесть вариантов распространения нефти. Согласно всем шести вариантам, водно-нефтяная эмульсия в начале августа должна достичь Кубы, а потом попадает в течение Гольфстрим. Значит, она попадет и к берегам Европы.( а в Гольфстрим, она попала уже 5 июля). На разлом была поставлена заглушка которая быстро дала течь. Снимки из космоса показали, что в океаническом дне образовалась полость размером с Эверест, из которой с пугающей скоростью изливается нефть.

ВОПРОСЫ:

1.Какая глобальная экологическая проблема имеет место?

2.Назовите экологические последствия нефтяного загрязнения Мексиканского залива?

3.Что такое токсические дожди и причина их возникновения?

4.Влияние нефтяного загрязнения на биоту?

5.Какие негативные глобальные последствиями этой катастрофы можно ожидать?

6.Что и как влияет на состояние здоровья населения в Мексиканском заливе?

Задача №9.

Американский ученый Джон Калхун еще в 1972 году провел уникальный эксперимент. Он попробовал создать для лабораторных мышей настоящий рай. Им выделили просторный отсек, где чисто, сытно, комфортно и безопасно, есть где резвиться, совокупляться и вить гнезда для потомства. В вольеру отправили четыре пары здоровых породистых зверушек. Поначалу грызуны жили в любви и согласии, и каждые 55 суток население «рая» удваивалось.

Однако спустя 315 дней рождаемость стала падать. В «раю» к тому времени обитало более 600 особей. Самцам стало труднее защищать свою территорию и доминировать в социуме. В коллективе появились группы маргиналов, которые совершали налеты на другие гнезда, где встречали жестокий отпор. В конечном итоге мыши перестали создавать семьи, увеличилось число матерей-одиночек, которые жестоко обращались с потомством.

Некоторые самцы потеряли интерес к жизни — перестали ухаживать за самками, контролировать территорию и выяснять отношения между собой. На смену основному инстинкту пришли самодовольство и самолюбование. Но в то же время в дальних углах «рая» процветали каннибализм, разврат и насилие. Через 18 месяцев мышиный рай окончательно превратился в кромешный ад. А еще через месяц смертность среди молодняка достигла 100 процентов. В общем, выжили единицы. Джон повторял свой опыт много раз, но все время получал один и тот же результат.

ВОПРОСЫ:

1.Назовите причины агрессивного поведения сородичей?

2.Что такое сресс-синдром, и имеет ли он место в данном случае?

3.Можно ли опыт с мышами перенести на человеческую популяцию (причины снижения рождаемости, агрессивность и т.д).

Задача №9.

Например, когда дафнии – пища окуня, сбиваются в группу, у группы образуется защитное биополе, благодаря которому рыбы не "замечают" корм. У одной дафнии такого биополя нет, и она быстро становится добычей рыбы. Та же закономерность проявляется и при объединении популяций в систему биоценоза – биоценоз получает при этом такие свойства, которыми не обладает ни один из его блоков в отдельности.

ВОПРОСЫ:

1.Какой закон имеет место быть в данном случае?

2. Как целостная система популяция может быть устойчивой только при тесных контактах и взаимодействии особей друг с другом.