Лекция 22. Экология (часть 1)

Термин «экология» был введён в научный оборот немецким учёным-эволюционистом Эрнстом Геккелем в 1869 году. Он писал, что экология -это исследование взаимоотношений организма с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды, изучение тех условий, в которых проходит борьба за существование.

В 1877 году немецкий биолог К. Мёбиус ввёл одно из важнейших экологический понятий – БИОЦЕНОЗ, под которым понимается совокупность всех живых организмов, обитающих на данной территории. БИОТОП, соответственно, - это совокупность всех условий среды, в которой обитает биоценоз.

Становление экологии как самостоятельной науки завершилось в конце XIX – начале XX вв.

В настоящее время ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, под которыми понимаются важные для существования и размножения организмов компоненты ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, подразделяются на 3 класса: 1) абиотические; 2) биотические и 3) антропогенные.

В 1942 году А.Тэнсли ввёл в экологию понятие «экосистема». Под ЭКОСИСТЕМОЙ он понимал целостную природную подсистему, в которой организмы и среда их обитания находятся в относительном единстве, пребывают в относительно устойчивом равновесии.

Поэтому экосистему можно охарактеризовать как НАДОРГАНИЗМЕННУЮ СТРУКТУРУ, включающую в себя в качестве элементов как организмы, так и физические условия их местообитания.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ или составляющие экосистемы:

1. Неорганические вещества (вода, азот, кислород, углекислый газ и др.).

2. Органические соединения (белки, углеводы).

3. Климатический режим (температура, свет, давление и др.).

4. ПРОДУЦЕНТЫ – АВТОТРОФНЫЕ организмы (растения), создающие пищу из неорганических веществ.

5. МАКРОКОНСУМЕНТЫ – ГЕТЕРОТРОФНЫЕ организмы (в основном животные), питающиеся другими организмами.

6. РЕДУЦЕНТЫ – гетеротрофные организмы (главным образом бактерии и грибы), разлагающие мёртвые организмы и превращающие их в более простые неорганические и органические вещества.

Термин «популяция» введён В.Л.Йогансеном в 1903 году; обозначает совокупность всех особей одного вида, населяющих определённую территорию (ареал) и в достаточной степени изолированных от других таких же совокупностей.

В настоящее время под ПОПУЛЯЦИЕЙ понимают совокупность особей одного вида, отличающихся общностью происхождения, ареалом обитания, морфологическим сходством, легко скрещивающихся и обменивающихся генетической информацией.

СООБЩЕСТВОМ называют совокупность всех популяций, населяющих данный участок среды.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША – это место и функции организмов, популяции или вида, которые определяют их положение в пищевой цепи.

ПИЩЕВАЯ ЦЕПЬ (или ТРОФИЧЕСКАЯ СЕТЬ) – это последовательность групп организмов, каждая из которых образует пищевое звено, одновременно выступая потребителем, поедающим предыдущую группу, и пищей, поедаемой последующей группой. Таким образом, сущность пищевой цепи составляет отношение «пища – потребитель». Причём вместе с пищей потребитель усваивает энергию.

Пищевая цепь входит составным элементом в структуру ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПИРАМИДЫ.

Экологическая пирамида проявляется в трёх основных формах: 1) пирамида ЧИСЕЛ (численность отдельных организмов); 2) пирамида БИОМАССЫ (характеризует общий сухой вес, калорийность или другую меру общего количества живого вещества) и 3) пирамиду ЭНЕРГИИ (показывает величину потока энергии и её продуктивность на последовательных трофических уровнях).

Наземные биомы: пустынные, травянистые, лесные.

Экосистемы: естественные и антропогенные. Антропогенные экосистемы формируются под влиянием как естественных, так и искусственных условий. К этим системам относятся города (с их потреблением пищи) и агроэкосистемы (производят пищу, используя дополнительно энергию механизмов, животных, удобрений, мышечную силу человека и др.).

В современном понимании экология включает в себя проблему ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА И ПРИРОДЫ и поиск оптимального способа её решения.

Исходя из этого, современную экологию можно определить как НАУКУ О РАЦИОНАЛЬНОМ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ, ОТВЕЧАЮЩЕМ ГАРМОНИЧЕСКОМУ СОЧЕТАНИЮ ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ИНЫХ ИНТЕРЕСОВ ОБЩЕСТВА И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ.

Законы, принципы и правила экологии.

1. ЗАКОН МИНИМУМА. Первая формулировка данного закона была дана немецким химиком Ю. Либихом в 1840 году, еще до возникновения экологии как науки. Его формулировка констатировала зависимость урожая от питательных веществ, которые содержатся в почве и, вместе с тем, требуются растениям не в больших, а в незначительных количествах. «Рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве». Жизненно важные химические элементы, необходимые организму в малых количествах, принято называть МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ (железо, медь, цинк, бор, кремний, хлор, йод, натрий и др.). В отличие от них, фосфор, калий, кальций, сера, магний требуются организму в больших количествах, и они называются МАКРОЭЛЕМЕНТАМИ.

Действие ЗАКОНА МИНИМУМА впоследствии было распространено, с одной стороны, на все организмы, а с другой – на другие факторы среды: температуру, свет, кислород, воду и т. д. Таким образом, в общем виде этот закон можно выразить следующим образом: РОСТ И РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМОВ В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ ЗАВИСЯТ ОТ ТЕХ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ЗНАЧЕНИЯ КОТОРЫХ ПРИБЛИЖАЮТСЯ К НЕОБХОДИМОМУ ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ МИНИМУМУ.

Вместе с тем, данный закон имеет два существенных ограничения. Во-первых, он действует только в экосистемах, находящихся в стационарном состоянии. А во-вторых, при определённых условиях дефицитный элемент организм может компенсировать другим химически близким элементом, имеющимся в избытке.

2. ЗАКОН РЕЛЬЕ (1845), согласно которому животные или организмы вообще могут существовать только благодаря постоянному взаимодействию с внешним миром, с окружающей их средой. К закону Релье примыкает ПРИНЦИП СООТВЕТСТВИЯ, который гласит, что организм (вид) существует лишь до тех пор, пока условия его жизни соответствуют его генетическим возможностям адаптироваться к этим условиям и их колебаниям (изменениям).

3. ЗАКОН СОВМЕСТНОГО (СОВОКУПНОГО) ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ СРЕДЫ. В соответствие с этим законом экологические факторы действуют на организмы не в отдельности, а сообща, вместе. Их действия на жизнедеятельность организмов обусловлены их взаимодействием друг с другом. При этом данные действия могут быть как положительными, так и отрицательными.

4. ЗАКОНЫ ОПТИМУМА И ПЕССИМУМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА. ЗОНА ОПТИМУМА или ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ для данного вида – это диапазон значений экологических факторов, в пределах которых он оказывает наиболее благоприятное воздействие на жизнедеятельность особей этого вида. ЗОНА ПЕССИМУМА, наоборот, включает те значения экологического фактора, при которых он отрицательно, угнетающе влияет на организмы. Минимальное и максимальное значение экологического фактора называют, соответственно, ЭКОЛОГИЧЕСКИМ МИНИМУМОМ и ЭКОЛОГИЧЕСКИМ МАКСИМУМОМ. Способность организма приспосабливаться к существованию в пределах тех или иных значений экологического фактора называется ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТЬЮ.

5. ЗАКОН ЛИМИТИРУЮЩИХ (ОГРАНИЧИВАЮЩИХ) ФАКТОРОВ был сформулирован Ф.Блэкманом в 1909 году. Согласно этому закону, экологические факторы, имеющие при данных условиях пессимальные для жизнедеятельности какого-либо организма (вида) значения, ограничивают возможности его существования и развития даже в том случае, когда другие факторы среды оказывают на него благоприятное влияние.

6. ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ В.Шелфорда (1913). Шелфорд обратил внимание на то обстоятельство, что лимитирующее воздействие экологического фактора на организмы может быть вызвано не только его недостатком, но и его избытком. Так, например, избыток питательных веществ, света, воды и др. может оказаться столь же губительным для организма, как и их дефицит. Говоря иначе, благоприятные для жизни организмов значения экологических факторов заключены между экологическим минимумом и экологическим максимумом - в ПРЕДЕЛАХ ТОЛЕРАНТНОСТИ. Соответственно, диапазон данных значений стали называть ДИАПАЗОНОМ ТОЛЕРАНТНОСТИ.

В 1913 году В.Шелфорд сформулировал также ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ, согласно которому рост и развитие организмов в первую очередь определяется теми факторами среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму или экологическому максимуму.

Важнейшим лимитирующим фактором на суше выступают состав воды, свет, температура, а в море – степень солёности воды, её цвет и температура. К лимитирующим факторам можно также отнести состав атмосферного воздуха, численность популяции и др.

7.ЗАКОН КОМПЕНСАЦИИ (ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ) ФАКТОРОВ Э.Рюбеля (1930). Согласно этому закону, при недостатке или отсутствии какого-либо экологического фактора организм может компенсировать его другим, близким в функциональном отношении фактором. Например, обилие углекислого газа может служить некоторым растениям фактором, компенсирующим недостаток света.

8. Одним из основных законов экологии выступает СУКЦЕССИЯ. Сукцессией называют последовательную смену биоценозов в результате эволюции экосистем. Различают первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии – это освоение организмами пустых мест. В дальнейшем их могут сменить другие организмы. Сменяющие друг друга биоценозы образуют серию, конечным этапом эволюции которой, выступает находящийся в равновесии со средой стабильный биоценоз, получивший название КЛИМАКС. Вторичные сукцессии появляются в местах, которые уже были заселены, но лишились своих обитателей в результате климатических, геологических явлений или из-за вторжения человека. Вторичная сукцессия часто приводит к образованию ДИСКЛИМАКСА, отличного от ранее существовавшего климакса.

9. ЗАКОН ЕДИНСТВА ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ: жизнь не может существовать и развиваться иначе, как в результате непрерывного обмена веществом, энергией и информацией с неживой средой (абиотической природой).

10. ПРИНЦИП МНОЖЕСТВЕННОСТИ ЭКОСИСТЕМ: для повышения надёжности биосферы необходимо существование множества разнообразных, взаимодействующих и конкурирующих между собой экосистем.

11. ЗАКОН НЕОБХОДИМОГО РАЗНООБРАЗИЯ, согласно которому биосистема не может быть однообразной по своему составу, а всегда имеет сложную иерархическую структуру, включающую различные интегративные уровни.

Принято различать следующие уровни структурной организации живого: гены, клетки, органы, организмы, популяции и сообщества. Экология изучает те системы, которые расположены выше организменного уровня.

С законом необходимого разнообразия связано ПРАВИЛО А.Уоллса, в соответствии с которым видовое разнообразие увеличивается по мере продвижения с севера на юг, ввиду того, что северные биоценозы, во-первых, являются наиболее молодыми и, во-вторых, живут в условиях малого поступления солнечной энергии.

12. ПРИНЦИП ЭМЕРДЖЕНТНОСТИ (появление нового). Он вытекает из иерархического характера организации биосистем и означает несводимость целого к сумме его частей. Согласно данному принципу, у последующего уровня иерархической структуры появляются качественно новые, эмерджентные свойства, отсутствующие на предыдущем уровне данной структуры.

13. ЗАКОН НЕРАВНОМЕРНОГО РАЗВИТИЯ ЧАСТЕЙ В СОСТАВЕ ЦЕЛОГО: различные составляющие одного и того же уровня иерархической структуры биосистемы развиваются не синхронно, а неравномерно. Одни из них плавно и неуклонно развиваются, тогда как другие или развиваются медленнее, или же вовсе остаются в неразвитом состоянии. Поэтому можно рассматривать данный закон как один из механизмов создания разнообразия в биосистеме.

14. ПРИНЦИП Ле Шателье-Брауна. Французский учёный Луи Ле Шателье предложил его в 1884 году. В 1887 году данный принцип был термодинамически обоснован К.Брауном. Согласно ему внешнее воздействие, выводящее систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия.

15. ЗАКОН УСЛОЖНЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ. Он гласит, что вместе с историческим развитием организмов, как правило, происходит усложнение их организации путём дифференциации их органов и их функций.

16. ЗАКОН УСКОРЕННОГО РАЗВИТИЯ (ЭВОЛЮЦИИ), согласно которому в результате усложнения организации биосистем, средняя продолжительность существования вида сокращается, и, соответственно, увеличиваются темпы биологической эволюции.

17. ПРАВИЛО ПОСТОЯНСТВА ЧИСЛА ВИДОВ В БИОСФЕРЕ: в сформировавшейся биосфере число видов является константой, так как количество новых видов в среднем равняется количеству вымерших видов.

18. БИОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЗАКОН Э.Геккеля: онтогенез (индивидуальное развитие организма) представляет собой повторение филогенеза (процесс исторического развития мира организмов, их видов, родов, классов и т. д.). Иначе говоря, в своём индивидуальном развитии особь в кратком, сжатом виде повторяет историческое развитие своего вида и всего живого.

19. ЗАКОН ДИВЕРГЕНЦИИ (от лат. divergere – обнаруживать расхождение) Ч.Дарвина заключается в том, что филогенез любой группы организмов ведёт к расхождению её на различные филогенетические ветви, идущие по разным, по сравнению с исходным её состоянием, адаптивным направлениям.

20. ПРИНЦИП АДАПТИРОВАННОСТИ Ч.Дарвина. Согласно ему каждый вид приспособлен к определённым, необходимым для его существования, условиям среды.

21. ЗАКОН СООТВЕТСТВИЯ СРЕДЫ ГЕНЕТИЧЕСКИМ ВОЗМОЖНОСТЯМ ОРГАНИЗМА. Вид может существовать и развиваться лишь тогда и до тех пор, пока условия среды его обитания отвечают генетическим возможностям вида приспосабливаться к их колебаниям (изменениям).

22. ЗАКОН ОТНОСИТЕЛЬНОЙ НЕЗАВИСИМОСТИ АДАПТАЦИИ. Он заключается в том, что высокая приспособляемость организма (вида) к тому или другому из экологических факторов не гарантирует столь высокой степени его адаптации к другим факторам, а, напротив, она может существенно снижать эту степень.

23. ЗАКОН ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ ИЛИ ОГРАНИЧЕННОГО РОСТА Ч.Дарвина утверждает, что существуют ограничения, не допускающие возможности одной пары особей размножаться в геометрической прогрессии и таким образом производить такое огромное потомство, которое заполонило бы всю нашу планету.

24. ЗАКОН МИНИМАЛЬНОГО ПРЕДЕЛА РАЗМЕРА ПОПУЛЯЦИИ: существует минимальный порог, ниже которого численность популяции не может опускаться.

25. ПРАВИЛО ПОЯВЛЕНИЯ НОВЫХ ВИДОВ ОТ НЕСПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРЕДКОВ утверждает, что новые виды происходят не от специализированных групп, а от неспециализированных представителей своих предков.

26. ПРАВИЛО О ВЫСОКИХ ШАНСАХ ВЫМИРАНИЯ ГЛУБОКО СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ОРГАНИЗМОВ О.Марша гласит, что быстрее вымирают именно те биологические формы, которые являются более специализированными ввиду истощения (исчерпания) их генетических резервов для дальнейшей адаптации.

27. ЗАКОН ОБ ИСТОРИЧЕСКОМ САМОРАЗВИТИИ БИОСИСТЕМ Э.Брауэра. Согласно этому закону, биосистемы развиваются в результате увеличения их внешней работы. Стало быть, вследствие их воздействия на окружающую среду.

28. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ПРАВИЛО Вант-Гоффа-Аррениуса: скорость химических реакций (процессов) увеличивается в 2-3 раза при повышении температуры на 10 градусов по Цельсию. Поэтому хозяйственная деятельность людей, приводящая к повышению температуры среды может иметь опасные разрушительные для среды последствия.

29.ЗАКОН О ПИРАМИДЕ ЭНЕРГИИ Р.Линдемана, согласно которому только около 10% энергии предыдущего трофического уровня переходит на следующий трофический уровень, тогда как обратный поток энергии от более высокого уровня к более низкому составляет лишь порядка 0,25-0,5%. Это означает, что в биоценозах не происходит круговорота энергии.

30. ПРАВИЛО Э.ШРЁДИНГЕРА утверждает, что упорядоченность организма выше упорядоченности окружающей среды, поскольку он отдаёт в неё больше неупорядоченности (энтропии), чем получает от неё.

Кислотные дожди оказывают многоплановое влияние на окружающую среду. В первую очередь отрицательному воздействию подвергаются водные экосистемы, почва и растительность. Первыми жертвами кислотных дождей стали озёра и реки. Природные поверхностные воды обладают буферными способностями по отношению к посторонним водородным и гидроксильным ионам. Особенно высокими буферными способностями обладает морская вода. А снеговые воды, а также большинство пресных водоёмов, особенно в северных областях земного шара, обладают слабыми буферными свойствами. Самый богатый животный мир присущ водам, которые лежат в нейтральной или слабощелочной области. Он во много раз богаче, чем животный мир кислых или щелочных вод. Водоёмы с очень кислыми водами необитаемы, жизни в них нет.

При повышении кислотности воды в ней быстро нарастает содержание алюминия за счёт взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с кислотой. Даже небольшая концентрация ионов алюминия (0,2 мг/л) смертельна для рыб. В то же время фосфаты, обеспечивающие развитие фитопланктона и другой водной растительности, соединяясь с алюминием, становятся малодоступными этим организмам. Дефицит питательных веществ и интоксикация воды приводят к своеобразной «стерилизации» водоёмов. В свою очередь, это приводит к сокращению популяций наземных животных и птиц, связанных с водной биотой трофическими цепями (цепи питания).

Почвенное подкисление считается одной из основных причин усыхания лесов умеренной зоны северного полушария.

Воздействию кислотообразующих газов и кислотных осадков подвергаются органические материалы – кожа, бумага, ткани, резина, красители.

Под действием кислотных дождей разрушаются известняк, мел, мрамор, туф. Многие скульптуры и здания в Риме, Венеции и других городах, памятники зодчества, такие, как Акрополь в Афинах, Кёльнский собор и другие, за несколько последних десятилетий получили значительно большие повреждения, чем за всё предыдущее время. Кислотные дожди разрушают древние оконные стёкла церквей, соборов и дворцов.

Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами оказывает вредное многообразное влияние и на организм человека. Вредно это и для здоровых людей, поскольку сульфатные частицы обладают канцерогенным действием.

Загрязнение воздуха диоксидом азота (NO₂) вызывает респираторные, астматические и сердечные заболевания. Подобным образом кислотные дожди действуют и на животных.

Главные кислотообразующие выбросы в атмосферу – диоксид серы SO₂ (сернистый ангидрид, или сернистый газ) и оксиды азота. Природным источником поступления диоксида серы в атмосферу являются, главным образом, вулканы и лесные пожары. Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует сернистую кислоту. Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной кислоты. Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков.

Существует ещё один вид кислотных дождей. Находящийся в атмосфере хлор (Cl) (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию радикалов хлора) при соединении с метаном (CH₄) (источники его поступления в атмосферу: антропогенный – рисовые поля, а также результат таяния гидрата метана в вечной мерзлоте вследствие потепления климата) образует хлоро-водород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты (HCl).

Главный источник техногенных оксидов азота в атмосфере – автотранспорт и другие виды моторного транспорта (около 40%).

Озоновые дыры.

Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году в Южном полушарии над Антарктидой группой британских учёных. Каждый август она появлялась, к декабрю или январю прекращая своё существование. Над Северным полушарием в Арктике образовалась другая дыра меньших размеров.

К разрушению озонового слоя ведёт ряд факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт.

Эти факторы особенно характерны для Антарктики. Каковы же последствия разрушения озонового слоя?

Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.

Хотя и были приняты меры по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов путём перехода на другие вещества, например, фторосодержащие фреоны, процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий.

80% хлора имеет антропогенное происхождение. Вмешательство человека сильно увеличивает вклад хлорного цикла. До вмешательства человека процессы образования озона и его разрушения находились в равновесии. Но фреоны, выбрасываемые при человеческой деятельности, сместили это равновесие в сторону уменьшения концентрации озона.

Иногда утверждают, что озон разрушается только над Антарктикой. Это неверно. Уровень озона также падает во всей атмосфере, что подтверждается мониторингом озонового слоя над Арозой (Arosa) в Швейцарии.

Парниковый эффект.

Механизм парникового эффекта.

Основным источником жизни и всех природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца. Энергия солнечной радиации всех длин волн, поступающая на нашу планету в единицу времени на единицу площади, перпендикулярной солнечным лучам, называется СОЛНЕЧНОЙ ПОСТОЯННОЙ и составляет 1,4 кДж/см². Из общего количества солнечной энергии, поступающей на Землю, атмосфера поглощает 20%. Примерно 34% энергии отражается облаками атмосферы и самой поверхностью Земли. Таким образом, до земной поверхности доходит 46% солнечной энергии. В свою очередь, поверхность суши и воды излучает длинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию, которая частично уходит в Космос, а частично остаётся в атмосфере, нагревая приземные слои воздуха. В свое время эта изоляция Земли от космического пространства создала благоприятные условия для развития живых организмов.

Природное явление, суть которого заключается в том, что прозрачная для солнечной радиации атмосфера задерживает идущее от земной поверхности тепловое излучение (подобно плёнке над парником), получило образное название ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ.

Газы, задерживающие тепловое излучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называют ПАРНИКОВЫМИ ГАЗАМИ.

Благодаря парниковому эффекту среднегодовая температура у поверхности Земли в последнее тысячелетие составляет примерно 15 градусов по Цельсию. Без парникового эффекта эта температура опустилась бы до -18 градусов, и существование жизни на Земле стало бы невозможным.

Основным парниковым газом атмосферы является водяной пар, задерживающий 60% теплового излучения Земли. Примерно 40% теплового излучения задерживается другими парниковыми газами, в том числе более 20% - углекислым газом (СО₂). Основные природные источники СО₂ в атмосфере – извержения вулканов и естественные лесные пожары.

По оценке американского геохимика Д.Марэ, содержание СО₂ в атмосфере в первый миллиард лет существования Земли было в тысячу раз больше, чем а настоящее время, - около 39%. Тогда температура воздуха в приземном слое достигала почти 100 градусов по Цельсию, а температура воды в Мировом океане приближалась к точке кипения («сверхпарниковый» эффект). С появлением фотосинтезирующих организмов и химических процессов связывания углекислого газа стал действовать мощный механизм изъятия СО₂ из атмосферы и океана в осадочные породы. Парниковый эффект стал постепенно уменьшаться, пока не наступило то равновесие в биосфере, которое имело место до начала эпохи индустриализации и которому соответствует минимальное содержание углекислого газа в атмосфере – 0,03%.

В индустриальную эпоху усиление парникового эффекта связано с возрастанием содержания в атмосфере техногенного диоксида углерода (СО₂) за счёт сжигания ископаемых видов органического топлива предприятиями энергетики, металлургическими заводами, автомобильными двигателями. Количество техногенных выбросов СО₂ в атмосферу значительно выросло во второй половине ХХ века. Основной причиной этого стала колоссальная зависимость мировой экономики от ископаемых видов топлива. Индустриализация, урбанизация и стремительные темпы роста населения планеты обусловили увеличение мирового спроса на электроэнергию, удовлетворяющегося главным образом за счёт сжигания горючих ископаемых.

Выбросы водяного пара в атмосферу топливно-энергетическим комплексом мира по количеству на порядок превосходят выбросы диоксида углерода, а ведь водяной пар является главным парниковым газом на Земле!

Другими парниковыми газами, обусловленными хозяйственной деятельностью, являются: метан (СН₄), поступающий с рисовых полей (до 110 млн. тонн ежегодно), а также в результате утечек природного газа при его добыче и попутного газа при нефтедобыче, на угольных шахтах.

Толщина ледового покрова в Северном Ледовитом океане сократилась на 40%, происходит интенсивное разрушение ледовых щитов Антарктиды и Гренландии. Из-за таяния льдов происходит замедление течения Гольфстрим; уже сейчас сила потока уменьшилась на 10%. Исчезновение Гольфстрима приведёт к существенным изменениям климата Северной Атлантики. У побережья Британии температура может понизиться на 5 градусов Цельсия, в других районах среднегодовая температура упадёт на 10 градусов.

Как следствие этого – перемещение береговой линии. Под водой окажутся многие прибрежные районы и острова. Сотни миллионов людей вынуждены будут мигрировать из прибрежных зон, дельт рек и с островов. Высвобождение метана в зоне вечной мерзлоты и таяние грунтов создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям, в том числе газо-и нефтепроводам, буровым установкам и т. п., ухудшит состояние лесных массивов на вечной мерзлоте.

Произойдут существенные изменения природных процессов в биосфере, изменится характер облачности, произойдёт смещение климатических зон и, в частности, расширение зон пустынь; нарушатся биологические ритмы развития растений, наступят длительные периоды неурожаев главных сельскохозяйственных культур.

Усилятся аномальные погодные условия, такие, как штормы, ураганы и торнадо, наводнения и цунами.

Виды загрязнения окружающей природной среды.

Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы.

Разнообразное вмешательство человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим видам загрязнений, понимая под ними любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения:

1. ИНГРЕДИЕНТНОЕ (ингредиент – составная часть сложного соединения или смеси) загрязнение как совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам. Например, выбросы в атмосферу или в водные ресурсы отходов химических предприятий или отходов предприятий тяжелой промышленности (СО2, СН4, SO2, NO2 и др.).

2. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ или ФИЗИЧЕСКОЕ загрязнение (параметр окружающей среды – одно из её свойств, например, уровень шума, освещённости, радиации и т. д.), связанное с изменением качественных параметров окружающей среды.

3. БИОЦЕНОТИЧЕСКОЕ загрязнение - воздействия на сообщества и популяции живых организмов, вызывающие нарушения их состава и структуры (перепромысел или переруб деревьев, направленная или случайная интродукция видов, химическое или другой вид загрязнения, снижающий численность организмов и т. д.) Интродукция — это преднамеренное или случайное переселение особей какого-либо вида животных и растений за пределы естественного ареала в новые для них места обитания и введение, таким образом, в экосистему чуждого ей вида.

4. ДЕСТРУКТИВНОЕ загрязнение, представляющее собой изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования.

До 60-х годов ХХ века под охраной природы понималась в основном защита её животного и растительного мира от истребления. Соответственно и формами этой защиты было главным образом создание особо охраняемых территорий, принятие юридических актов, ограничивающих помысел отдельных животных и т. п. Учёных и общественность волновали, прежде всего, биоценотическое и частично деструктивные воздействия на биосферу. Ингредиентное и параметрическое загрязнение, конечно, существовало и тогда, но оно не было столь многообразным и массированным, как теперь, практически не содержало искусственно созданных соединений, не поддающихся естественному разложению, и природа с ним справлялась самостоятельно. Тогда загрязнённая вода полностью восстанавливала свои свойства на протяжении 30 км от источника загрязнения. В настоящее время не происходит самоочищения даже таких полноводных и протяжённых рек, как Обь, Енисей, Лена и Амур.

Конечно же, и раньше наблюдались отдельные очаги деградации природы в окрестностях наиболее загрязняющих производств. Однако к середине ХХ века способность природы к самоочищению, т. е. естественному разрушению загрязнителя в результате природных физических, химических и биологических процессов, была утрачена. Все отмеченные деструктивные процессы, будь то кислотные дожди, озоновые дыры, парниковый эффект и глобальное потепление климата давно перешли границы тех или иных отдельных стран и регионов, стали общемировыми угрозами. А потому и решать такого рода проблемы можно только объединёнными и согласованными усилиями всего мирового сообщества, опираясь на такие международные соглашения, как Монреальский и Киотский протоколы.