Комплексный анализ состояния биосферы

Содержание



1. Вещество биосферы: живое, косное, биогенное, биокосное

2. Типы питания: автотрофы, гетеротрофы, фототрофы, хемотрофы

3. Наземно-воздушная среда как среда жизни

4. Устойчивость живого организма к загрязнению

5. Экология как научная основа рационального природопользования

6. Экономические аспекты природопользования

6.1 Экономическая оценка природных ресурсов

6.2 Природоохранные затраты

7. Комплексный анализ состояния окружающей среды

Список использованной литературы


1. Вещество биосферы: живое, косное, биогенное, биокосное



Создателем современного учения о биосфере был русский учёный В.И. Вернадский. Он доказал, что за всё геологически обозримое время жизнь на Земле развивалась как взаимосвязанная совокупность организмов, обеспечивающая непрерывный поток элементов в биогенном обмене веществ на поверхности нашей планеты.

Вся совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию. В состав биосферы, кроме живого вещества (растительного, животного и микроорганизмов), входят биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов − каменный уголь, битумы, нефть), биокосное вещество (продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами − почвы, кора выветривания, все природные зоны, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества) и, наконец, косное вещество − совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых, как считается, живые организмы не участвуют (горные породы магматического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

Биосфера − это специфическим образом организованное единство всего живого и минеральных элементов. Взаимодействие между ними проявляется в биогенной миграции атомов, осуществляющейся за счёт энергии солнечного излучения. Происходящий в биосфере круговорот веществ, энергии и особей осуществляется при участии всех населяющих её организмов. Все живые существа являются частью одного целого, гигантской совокупности живых существ, живого покрова Земли.

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, или биологический, который развивается на основе большого и заключается в круговой циркуляции веществ между почвой, растениями, микроорганизмами и животными. Оба круговорота взаимосвязанные и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орбиты косную среду, биологический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.


2. Типы питания: автотрофы, гетеротрофы, фототрофы, хемотрофы



Автотрофы − организмы, получающие все нужные им для жизни химические элементы из окружающей косной материи и не нуждающиеся в готовых органических соединениях другого организма для построения собственного тела. Основной источник энергии, используемый автотрофами, − Солнце. Образно говоря, автотрофы являются кормильцами биосферы: они не только питаются сами, но и кормят (своим телом) других. Поэтому их называют продуцентами. Биомасса, создаваемая ими, называется первичной.

Среди автотрофов выделяют фототрофы (используют в качестве источника энергии солнечный свет) и хемотрофы (используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ).

Зеленые растения являются фототрофами. При помощи содержащегося в хлоропластах хлорофилла они осуществляют фотосинтез − преобразование световой энергии в энергию химических связей. Происходит это следующим образом. Фотосинтез состоит из двух фаз − световой и темновой. В световой фазе кванты света − фотоны − взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы переходят на очень короткое время в более богатое энергией, "возбужденное", состояние. Затем избыточная энергия части возбужденных молекул переходит в теплоту или испускается в виде света. Другая ее часть передается ионам водорода, всегда имеющимся в водном растворе вследствие диссоциации воды. Образовавшиеся атомы водорода непрочно соединяются с органическими молекулами − переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН- отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН. Радикалы ОН взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуется вода и молекулярный кислород: 4ОН−>О2+2Н2О. таким образом, источником молекулярного О, образующегося в процессе фотосинтеза и выделяющегося в атмосферу является фотолиз - разложение воды под влиянием света. Кроме фотолиза воды энергия света используется в световой фазе для синтеза АТФ и АДФ и фосфата без участия кислорода. Это очень эффективный процесс; в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях тех же растений с участием кислорода. Таким образом накапливается энергия, необходимая для процессов, происходящих в темновой фазе фотосинтеза. В комплексе химических реакций темновой фазы ключевое место занимает связывание СО2. в этих реакциях участвуют молекулы АТФ, синтезированные во время световой фазы, и атомы Н, образовавшиеся в процессе фотолиза воды и связанны с молекулами - переносчиками: 6СО2+24Н−>С6Н12О6+6Н2О. Так энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических соединений.

Некоторые бактерии, лишенные хлорофилла, способны к синтезу органических соединений, при этом они используют энергию химических реакций неорганических веществ. Преобразование энергии химических реакций в химическую энергию синтезируемых органических соединений называется хемосинтезом. К группе автотрофов − хемотрофов относят нитрифицирующие бактерии. Некоторые из них используют энергию окисления аммиака в азотистую кислоту, другие − энергию окисления азотистой кислоты в азотную. Известны хемотрофы, извлекающие энергию из окисления двухвалентного железа в трехвалентное или из окисления сероводорода до серной кислоты. Фиксируя атмосферный азот, переводя нерастворимые минералы в форму, пригодную для усвоения растениями, хемотрофные бактерии играют важную роль в круговороте веществ в природе.

Гетеротрофы − это организмы, использующие для своего питания чужие тела (живые или мертвые), то есть готовые органические вещества. Очевидно, что жизнедеятельность гетеротрофов полностью определяется синтетической активностью автотрофов.

Среди гетеротрофов выделяют три группы организмов: убивающие объект питания (хищники); питающиеся за счёт других организмов, но не убивающие их (паразиты, кровососы); питающиеся отмершей органикой.

Гетеротрофы имеют более богатое видовое разнообразие, нежели автотрофы, тем не менее, общая их существенно меньше. Гетеротрофные организмы выполняют в экологических системах роль консументов (к ним относят всех животных, часть микроорганизмов, паразитических и насекомоядных растений) и редуцентов (главным образом грибов и бактерий). Последние в процессе своего питания превращают пищу − органические остатки − в неорганические вещества, возвращая таким образам их в биосферу. Биомассу, которую образуют гетеротрофы, называют вторичной.

Существуют организмы со смешанным типом питания − миксотрофы (сине-зеленые водоросли и растения-паразиты).


3. Наземно-воздушная среда как среда жизни



Наземно-воздушная относится к наиболее сложной как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 100°С), высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги. В отдельных случаях, например под пологом леса, недостаток света. Большие колебания температуры во времени и ее значительная изменчивость в пространстве, а также хорошая обеспеченность кислородом явились побудительными мотивами для появления организмов с постоянной температурой тела (гомойотермных). Гомойотермия позволила обитателям суши существенно расширить место обитания (ареалы видов), но это неизбежно связано с повышенными энергетическими тратами. Для организмов наземно-воздушной среды типичны три механизма адаптации к температурному фактору:

− физический,

− химический,

− поведенческий.

Физический осуществляется регулированием теплоотдачи. Факторами ее являются кожные покровы, жировые отложения, испарение воды (потовыделение у животных, транспирация у растений). Этот путь характерен для пойкилотермных и гомойотермных организмов.

Химические адаптации базируются на поддержании определенной температуры тела. Это требует интенсивного обмена веществ. Такие адаптации свойственны гомойотермным и лишь частично пойкилотермным организмам.

Поведенческий путь осуществляется посредством выбора организмами предпочтительных положений (открытые солнцу или затененные места, разного вида укрытия и т. п.). Он свойственен обеим группам организмов, но пойкилотермным в большей степени. Растения приспосабливаются к температурному фактору в основном через физические механизмы (покровы, испарение воды) и лишь частично - поведенческие (повороты пластинок листьев относительно солнечных лучей, использование тепла земли и утепляющей роли снежного покрова).

Адаптации к температуре осуществляются также через размеры и форму тела организмов. Для уменьшения теплоотдачи выгоднее крупные размеры (чем крупнее тело, тем меньше его поверхность на единицу массы, а следовательно, и теплоотдача, и наоборот). По этой причине одни и те же виды, обитающие в более холодных условиях (на севере), как правило, крупнее тех, которые обитают в более теплом климате. Эта закономерность называется правилом Бергмана. Регулирование температуры осуществляется также через выступающие части тела (ушные раковины, конечности, органы обоняния). В холодных районах они, как правило, меньше по размерам, чем в более теплых.

О зависимости теплоотдачи от размеров тела можно судить по количеству кислорода, расходуемого при дыхании на единицу массы различными организмами. Оно тем больше, чем меньше размеры животных.

У наземных обитателей очень разнообразны приспособления, связанные с обеспечением себя водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система, водонепроницаемый слой на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных это также различные особенности строения тела и покровов, но, кроме того, поддержанию водного баланса способствует и соответствующее поведение. Они могут, например, совершать миграции к водопоям или активно избегать особо иссушающих условий. Некоторые животные могут жить всю жизнь вообще на сухом корме, как, например, тушканчики или платяная моль. В этом случае вода, необходимая организму, возникает за счет окисления составных частей пищи.

В жизни наземных организмов большую роль играют многие экологические факторы, например состав воздуха, ветры, рельеф земной поверхности. Особо важны погода и климат. Обитатели наземно-воздушной среды должны быть приспособлены к климату той части Земли, где они живут, и переносить изменчивость погодных условий.


4. Устойчивость живого организма к загрязнению



Организм человека имеет ряд защитных систем, которые противостоят неблагоприятным воздействиям внешней среды, поэтому при различных экопатологиях поражаются в первую очередь.

Первой защитной системой являются кожные покровы, а также слизистые оболочки лёгких и пищеварительного тракта. Через них поступают различные вредные вещества, растворенные в воде или просто находящиеся в атмосферном воздухе. Для территорий с повышенным химическим загрязнением характерны различные типы легочных заболеваний, верхних дыхательных путей, а также разнообразные кожные болезни.

Второй защитной системой организма является печень, обладающая способностью детоксикации вредных веществ (и даже ядов), попавших в организм вместе с пищей. Если печень человека оказывается перегруженной токсическими веществами, то возникают такие тяжелые болезни, как цирроз и онкологические заболевания.

Главной защитной системой, предназначенной для защиты целостности и здоровья организма, является иммунная система тела. Она включает процессы и средства клеточной и гуморальной защиты от бактериальных загрязнений внешней среды и чужеродных белков, т.е. от попавших в организм бактерий и прочих возбудителей заболеваний биологического происхождения. В случае, когда иммунная система испытывает экологический стресс, её работа нарушается.

Заболевания иммунной системы очень характерны для нашего времени. Первая стадия таких заболеваний связана с её гиперчувствительностью, приводящей к различным типам аллергий. Вторая стадия обусловлена иммунодефицитом − истощением иммунной системы, которое ведёт к тому что организм катастрофически теряет сопротивляемость к любым болезням и поражениям. Чувствительность человеческого организма к агрессии окружающей среды зависит также и от его возрастных особенностей.


5 Экология как научная основа рационального природопользования



Для построения гармоничных отношений природы и человечества ему необходимо предварительно решить три важнейшие задачи задачи. Первая состоит в формировании нового типа социального и экономического мышления, которое должно базироваться на новых моральных критериях общественного развития, исключающих чисто утилитарный подход к природе.

Вторая задача состоит в обеспечении широкой гласности и освещения социально-экологических проблем, сопровождающих развитие человеческой цивилизации. Скрывая от людей информацию об условиях их существования, например, о степени загрязнения среды обитания, органы власти не смогут рассчитывать на общественность при необходимости решения крупных вопросов.

Третьей задачей является построение такого хозяйственного механизма природопользования, который обеспечивал бы наиболее полное согласование индивидуальных, коллективных и государственных интересов в деле охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Согласование Н.Ф. Реймерсу, рациональное природопользование − система деятельности, призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий и наиболее эффективный режим их воспроизводства с учётом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей.

То есть, рациональное природопользование − высокоэффективное хозяйствование, которое не приводит к резким изменениям природно-ресурсного потенциала и к глубоким переменам в окружающей человека среде, в частности сводит до минимума нарушение естественных круговоротов веществ.

Охрана ресурсов среды означает поддержание их качеств, благоприятных для ведения хозяйства, а преобразование − их улучшение (мелиорация, рекультивация земель и др.). В понятие о рациональном освоении природных ресурсов и условий входит наиболее полное использование достоинств среды и экономичное получение энергии, сырья.

В современных условиях экономия сырья и топлива по все большему числу позиций становится экономически гораздо предпочтительнее, нежели дальнейшее наращивание объёмов их производства. Наглядным примером здесь может служить Япония. В этой стране после нефтяного кризиса 1973 г. Главной задачей правительства стала экономия энергетических ресурсов. В результате такой политики потребности в энергии возросли в 1984 г. Всего на 7-8% по сравнению с 1973 г., в то время как валовый национальный продукт увеличился более чем в 2 раза.

Современное человечество в целом пока опирается на эктенсивный тип природопользования, при котором рост производства осуществляется за счёт возрастающих нагрузок на природные комплексы, причём эта нагрузка растёт заметно быстрее, чем увеличивается маcштаб производства. Общая нагрузка на природные системы, обусловленная антропогенной деятельностью, стала превышать их потенциал самовосстановления, что во многих случаях затронуло природные системы планетарного уровня и все важнейшие экологические системы планеты: мировой океан, атмосферу, почвы, речные системы, леса, животный мир.

Всё это определяет необходимость перехода к экологически сбалансированному природопользованию, когда общество контролирует все стороны своего развития с тем, чтобы совокупная антропогенная нагрузка на природную среду не превышала самовосстановительного потенциала природных систем.


6 Экономические аспекты природопользования



В докладе Международной комиссии по окружающей среде и развитию “Наше общее будущее” 1987 г. отмечено: “Экономика не ограничивается созданием материальных ценностей, а экология не относится только к охране природы; оба понятия в равной мере касаются улучшения судьбы человечества”.

В течении всей истории взаимодействуют Общество и Природы Человечество развивало экономику преимущественно за счёт хищнического использования природных ресурсов, игнорируя законы биосферы. Проблема противостояния экономики и экологии − столкновение экономических интересов Общества с экологическими требованиями Природы − в настоящее время занимает одно из важнейших мест в системе мировых приоритетов, и именно осознание необходимости адаптации экономического развития к природным закономерностям потребовало скорейшего перехода к новому экологически оптимизированному типу производства и потребления.

Экономическая система в целом − это система производства распределения и потребления товаров и услуг. Любое производство и потребление связано с использованием природных ресурсов и образование отходов, причём и то и другое сопровождается воздействием на окружающую среду.

Цель развития любой экономической системы − максимально полное удовлетворение потребностей общества. Необходимость расходования ресурсов для этой цели − причина всех экологических, экономических, а в конечном счёте и социальных проблем. Их решение базируется на двух фундаментальных экономических аксиомах:

− потребности общества безграничны и полностью неутомимы; 

− ресурсы, необходимые для производства товаров и оказания услуг, достаточно ограничены и редки.


6.1 Экономическая оценка природных ресурсов



Ресурсы в экономической теории − это факторы, используемые для производства экономических благ. Природные ресурсы − составная часть экономических ресурсов (факторов производства) и один из факторов экономического роста, наряду с трудом и капиталом. В экономике широко используется хозяйственная классификация природных ресурсов:

− по техническим возможностями эксплуатации их подразделяют на реальные; потенциальные (потенциально-перспективные); рекреационные;

− в зависимости от экономической целесообразности замены ресурсы бывают заменимые (например, топливно-энергетические); незаменимые (воздух, вода);

− в зависимости от отнесения ресурсов к различным секторам материального производства или непроизводственной сферы выделяют ресурсы промышленного производства; сельскохозяйственного производства;

− по критерию собственности природные ресурсы делятся на частные, государственные и общественные, а также на собственные и арендуемые.

Роль природных ресурсов в общественном развитии всегда была значима, но полностью последствия их использования не осознавались Человечеством вплоть до последнего времени. В большинстве стран независимо от типа экономической системы сложился природоёмкий тип производства, характеризующийся как “природоразрушающий” тип развития. Он основан на использовании средств производства, созданных без учёта экологических ограничений, и обладает следующими отличительными чертами:

− использованием невозобновимых видов природных ресурсов (прежде всего полезных ископаемых); 

− сверхэксплуатацией возобновимых ресурсов (почвы, леса и др.) со скоростью, превосходящей возможности их воспроизводства и восстановления.

Длительное время в экономической теории внимание уделялось лишь двум факторам экономического роста − труду и капиталу. Это наглядно иллюстрирует широко распространенная в экономической теории “производственная функция”, т.е. зависимость количества производимой продукции от капитала и трудовых ресурсов.

В результате глубокой дестабилизации состояния природной среды из-за гигантского развития производительных сил, беспрецедентного роста населения и, как следствие, огромного роста нагрузки на экосистемы возникла потребность в установлении истинной экономической оценки природы, её ресурсов и представляемых человеку благ. Ценность отражает значение объекта, обусловленное потребностью человека в нем и характерными свойствами самого объекта. В зависимости от вида человеческих потребностей ценность может быть материальной, социально-политической, эстетической и т.п.

В экономике используются:

Экономическая оценка − определение полезности природного ресурса как вклада в удовлетворение общественных потребностей в производстве и потреблении некоторого продукта (услуги), выражаемая в экономических показателях.

Внешнеэкономическая оценка − определение экологической, социальной, эстетической, культурной или иной ценности ресурса.



6.2 Природоохранные затраты



Природоохранные затраты − это расходы на природоохранные мероприятия (снижение загрязнения атмосферного воздуха, водных ресурсов и земель; мелиорация и рекультивация земель; рациональное ведение лесного хозяйства и т.п.) Одной из главных особенностей оценки экономической эффективности мероприятий по охране окружающей среды является то, что её эффективность недопустимо определять на основании анализа деятельности только в базовом году. Поэтому различают первичный эффект и конечный комплексный социально-экономический эффект от проведения средозащитных мероприятий.

Первичный эффект заключатся в снижении воздействия на окружающую среду и улучшении её состояния. Он проявляется в снижении объёмов и концентраций загрязнений в атмосфере, водной среде и почве.

Конечный эффект выражается в повышении уровня жизни населения и эффективности производства. Его социальный аспект проявляется в снижении заболеваемости населения, улучшении условий отдыха, сохранении эстетически ценных природных ресурсов.

В соответствии с теорией экономики вложение денежных средств в природоохранные мероприятия является инвестиционным проектом. Средства при любой экономической системе ограничены, а вариантов вложений всегда много. Поэтому основанием для выбора предпочтительного проекта выступает сопоставление в денежном выражении требующихся затрат и предполагаемых выгод, т.е. определение экономической эффективности.

Общим правилом для принятия экономически обоснованного решения является превышение потенциальной выгоды над затратами.

Однако для рассмотрения многолетних инвестиционных проектов, когда необходимо сопоставить современные затраты с будущими выгодами, да ещё с учётом инфляции, такой подход неприменим. Поэтому для оценки инвестиционных проектов принято использовать показатель чистого приведённого дохода, позволяющим соизмерять меняющимися во времени затраты с полученными выгодами.

В природоохранной практике встречаются ситуации, когда трудно определить будущий экономический эффект от реализации проекта, однако совершенно очевидно, что сам проект важен для общества. В таких случаях для оценки эффективности проекта целесообразен подход, основанный на отечественной методике определения приведенный затрат, которая является аналогом подхода “затраты − эффективность”, применяющегося в развитых странах. Концепция этого подхода заключается в поиске варианта, требующего минимальных затрат для достижения поставленной цели.


7 Комплексный анализ состояния окружающей среды



Комплексный анализ состояния окружающей среды − процедура учёта экологических требований законодательства при подготовке и принятии решений о социально-экономическом развитии общества развитии общества.

В процессе проведения анализа компетентные власти и общественность рассматривают и изучают все возможные для анализа последствия крупных решений, предлагаемых к реализации. Анализ заканчивается тем или иным решением властей о лицензировании такой деятельности. Инициатором анализа может быть любая общественная, частная и государственная организации.

Проектные или иные решения, содержащиеся в документе, обосновывающей некую намечаемую деятельность, должны быть разработаны с учётом различного рода возможных последствий её реализации в рамках инфраструктуры региона. В частности, проводится поиск новых областей применения отходов будущего предприятия в качестве сырья для какого-либо другого экономически выгодного производства.

Оценку возможных решений следует давать на наиболее ранних этапах разработки проектного замысла.

Анализ воздействия на окружающую среду рассматривает влияние предлагаемых к принятию решений на:

− качество воздушной, водной и почвенной среды;

− радиационная опасность;

− здоровье людей;

− экосистемы и отдельные виды растений и животных;

− здания, памятники и прочие объекты, являющиеся частью культурного наследия;

Одним из вопросов является обеспечение экологической безопасности, в том числе решение задач локализации и ликвидации последствий возможных аварий и катастроф. Для особой опасных производств должны быть проведены специальные оценки риска аварий различного масштаба. В любом случае оценивается возможное воздействие на сопредельные территории (государств, регионов).


Список использованных источников



1. Акимова Т.А. Экология: учебник для вузов / Т.А. Акимова, В.В. Хаскин . - М. : ЮНИТИ, 1999. - 455 с.

2. Николайкин Н.И. Экология: учебник для вузов / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова . - 6-е изд., испр. - Москва: Дрофа, 2008. - 622 с.

3. Экология: учебник для вузов / под ред. Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко .- 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Логос, 2006. - 504 с.

4. Коробкин В.И. Экология: учебник для вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. - 5-е изд., доп. перераб. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. - 576 с.