Экология, человек и экосистема

Таким образом, все три составляющие приведенной  формулы взаимосвязаны и равнозначны. Воздействие общества на определенную среду прямо пропорционально  численности населения и уровню его жизни, но ослабляется с развитием  экологического сознания и экологической  образованности.

Важную роль в остановке разрушения природы должно иметь экологическое образование населения развитых стран. "Действуй локально, думай глобально" - этим девизом должны руководствоваться и простые потребители, и властьимущие, зачастую пристраивающие токсичные отходы за определенную плату на территориях слаборазвитых стран. В сознание всех ныне живущих людей должны войти мысли об общности нашего дома. Экологическое бедствие в любой точке планеты, как бы далека она ни была, со временем коснется нас, наших потомков. Хозяйствовать ныне живущие на планете люди должны, ограничивая чрезмерное использование природных ресурсов, не забирая их у последующих поколений.

введние в экологию и охрану окружающей природной среды

Каждая новая  ступень научно-технического прогресса  увеличивает масштабы вмешательства  человека в природную среду и  характеризуется как процесс  трудоемкий и фондоемкий. При этом потребление энергии является непременным условием всех технологических процессов, а в любом продукте заключено определенное количество овеществленной энергии и, как следствие, рост энергоемкости конечной продукции ведет к нарастающему загрязнению природной среды.

Пищевая (вскармливающая, трофическая) цепь в экосистеме представляет собой также энергетическую систему, т.е. имеет место непрерывный поток  энергии от производителей (продуцентов) ко всем остальным звеньям. В силу второго закона термодинамики этот процесс связан с рассеиванием (диссипацией) энергии на каждом последующем уровне, т.е. ее потерями и возрастанием энтропии (мера упорядоченности системы). Понятно, что рассеивание постоянно компенсируется естественным поступлением энергии  от Солнца.

Академик В. И. Вернадский рассматривал живое вещество в качестве носителя свободной энергии  в биосфере. Выбросы вредных веществ  в окружающую природную среду, размещение в ней отходов производства вносят искусственные помехи в механизмы  реализации обратных связей между звеньями. Эти помехи по энергетическим показателям, как правило, превосходят естественные энергопотоки, что ведет к превышению пределов, отвечающих нормам существования совокупности живых организмов (биоты).

Вполне понятно, что влияние этих помех без  негативных последствий не может  быть беспредельным. Интенсификация рассеивания  энергии ускоряет нарушение обратных связей в трофической цепи, что  стимулирует развитие процессов  деградации в экосистемах. Поэтому  принято считать, что практически  все процессы в природе приводят к росту энтропии, т.е. являются деградационными.

Таким образом, происходит взаимодействие двух различных  по генезису энергопотоков, соотношение которых и определяет состояние как отдельных экосистем, так и природной среды в целом. Несовершенство наших знаний в этой области ограничивает возможности управления энергопотоками, что приводит к нарастающему валу экологических проблем, к преодолению которых общество оказалось неподготовленным. Как правило, в экосистемах за счет диссипации энергии вначале идет количественное накопление последствий загрязнения, которые внешне не проявляются. Затем, при достижении критической массы искусственных помех происходит скачкообразное изменение состояния системы, которое может перерасти в необратимый процесс, развивающийся по экспоненте. Именно поэтому, актуальной проблемой в экологии является поиск способов ранней диагностики степени поражения системы путем обоснования косвенной индикации загрязнения. Здесь перспективным направлением является выявление специфических для различных природных зон и сред биоиндикаторов.

Процессы деградации в равной степени развиваются  на экосистемном и межэкосистемном уровнях, которые затем переходят на региональный и глобальный уровни. Причем существует строгая иерархия - от низших звеньев к более сложным системам. Известно, например, что глобальные процессы изменения климата связаны с накоплением загрязняющих веществ (СО, озона, фтористых соединений) в отдельных промышленных регионах и последующим трансграничными и трансконтинентальными переносами загрязненных воздушных масс за счет крупномасштабных воздушных течений в атмосфере Земли (в слое выше 1 км). Однако последним процессам предшествуют многочисленные местные циркуляции в приземном слое (до 1 км) атмосферы, за счет которых происходит первичное усреднение состава основных компонентов воздуха (турбулентный перенос). Часть загрязняющих веществ при определенных синоптических ситуациях (инверсиях, штилях) выпадает непосредственно вблизи источника загрязнения, остальная вовлекается в систему воздушных течений над Землей.

Деградация отдельных  экосистем (совокупность биоты и неживой -абиотической - части среды обитания - воды, воздуха, почвы), активно развивающейся вблизи источника мощного техногенного воздействия (техногенеза), приводит к цепной реакции уже на экосистемном уровне, что в конечном счете предопределяет разрушение биосферы локальных территорий. Поэтому картина различной нарушенности экосистем (например, почвенных, лесных, пресноводных) носит мозаичный характер.

Если величина воздействия остается постоянной и  не уменьшается, локальные территории постепенно расширяются, соединяясь между  собой. Таким образом происходит рост энтропии по мере заполнения системой доступных ей состояний. Максимальная энтропия (предельно большой хаос) соответствует термодинамическому равновесному состоянию - тепловой смерти. Однако, по мнению основоположников статической физики, перспектива тепловой смерти невообразимо далека. Вместе с тем деградационные процессы являются не столько внутренним свойством системы, сколько привносятся извне. Поэтому вышеупомянутый оптимистический прогноз сделан без учета влияния на эволюцию Земли результатов человеческой деятельности.

При таких процессах  энергия объекта (системы), хотя и  не уменьшается, но становится как бы хуже качеством. Например, в зонах  сильного разрушения вначале погибают наиболее ценные виды: хвойные древостой, мхи, особенно сфагновые, на месте которых  появляются пушицево-осоковые сообщества (ценозы), лесные фитоценозы трансформируются в тундровые и болотные, погибают лососевые рыбы, сокращается цикл воспроизводства ихтиофауны.

Ухудшение качества воздушной среды за счет увеличения концентрации оксидов серы, азота, углекислого  газа, углеводородов, аэрозолей тяжелых  металлов и других вредных примесей ведет к увеличению нагрузок на окружающую среду, что способствует интенсификации процессов диссипации энергии во всех «экосистемах.

Подсчитано, что  в окружающей среде рассеяно около 14.5 млрд.тонн железа, объем рассеивания ртути и свинца составляет 80-90% их годового производства, особую опасность представляют соединения тяжелых металлов.

С этих позиций  техногенное влияние нельзя считать  безопасным до тех пор, пока не будут  оценены его последствия. Для  этого нужны новые знания о  реакции биоты и абиотической совокупности экосистем на различные виды и мощности воздействия. При этом в зависимости от специфики конкретного региона потенциал природы в условиях той или иной инфраструктуры хозяйственной деятельности будет различным.

Анализ способствующих и препятствующих факторов, влияющих на состояние экосистем, показал, что  сегодня нет полного осмысления устойчивого развития сложных нелинейных процессов в энергетически открытых физических, биологических и социальных системах. Необходимо новое объяснение многообразия окружающего нас мира, исходя из накопленных знаний. Нужны  достаточно простые количественные модели, которые бы дали механизм обращения  со сложными системами, предотвращая фазовые  переходы.

Вместе с тем  следует отметить, что в определенной мере деградационные процессы в природе оправданы с позиций отбраковки тупиковых ветвей эволюции. Однако эта мера должна быть строго дозирована. Для этого нужны жесткие нормативы, которые бы позволили осуществлять управляющие функции природопользования. Следуя этому тезису, проблема сводится к разработке научных основ экологической оптимизации {природопользования, позволяющих приспосабливать (адаптировать) хозяйственную деятельность к условиям биосферы.

Для достижения этой цели необходимо:

• изучить закономерности структурно-функциональной организации биосферы как единства образующих ее экологических и природно-хозяйственных систем в условиях воздействия техногенного (антропогенного) и природного фактора;
• оценить и спрогнозировать возможные изменения экологических и природно-хозяйственных систем при различных сценариях природопользования;
• оптимизировать природопользование путем управления уровнем техногенного воздействия промышленных выбросов на среду обитания при одновременном развитии технологии переработки (рекуперации) отходов потребления.

Последнее направление - промышленная экология - это наука  о формировании экологически чистого  производства. Это направление невозможно без создания безотходных технологий - идеальной организации производства, при котором отходы или минимизированы, или полностью перерабатываются. В таких технологиях осуществляются замкнутые материальные и энергетические потоки, не соприкасающиеся с окружающей средой.

Очевидно, что  понятие "экологически чистое производство" условно. Полностью избавиться от отходов  и избежать влияния производства на окружающую природную среду технически невозможно и в большинстве случаев  экономически нецелесообразно. Задачи науки и техники - свести эти затраты  к минимуму.

В первую очередь  необходимо добиться исключения (уменьшения) промышленных выбросов на тех производствах, где экономически и технологически невозможно реализовать экологически чистые технологии. Это определяет необходимость совершенствования  производств очистки промышленных выбросов. Здесь перспективным может  быть применение адсорбентов как  материалов, способных минимизировать уровень энергетических и материальных затрат. И, вторая задача, разработать  технологии размещения (иммобилизации) отходов в природной среде  в такой форме, которая исключила  бы взаимодействие с ней и предотвратила  бы образование любых экологически опасных компонентов - источников вторичного загрязнения.

Исходя из вышесказанного небезынтересно коротко охарактеризовать экологическую ситуацию в Мурманской области.

Мурманская область  расположена на крайнем северо-западе России, за Полярным кругом. Площадь  ее составляет 145тыс. км2. Сурова природа Кольского полуострова: неспокойные воды холодных морей, болотистая тундра, скалистые горы с глубокими ущельями, низкорослые леса, порожистые реки...

Никто не предполагал, что этот северный край окажется в  действительности одним из богатейших природными ресурсами мест на Земле.

Горы нашей  области носят наименование "тундр". Так коренное население Кольского  полуострова - саамы - издавна называют возвышенные массивы с плоскими вершинами, лишенными лесной растительности.

Рельеф Кольского  полуострова очень разнообразен. Для его западной части характерны значительные возвышенности (Печенгские и Сальные тундры). Восточная часть полуострова отличается более плоским рельефом. Наиболее крупные возвышенности расположены в центральной части полуострова - это Хибинские и Ловозерские тундры. В Хибинах находится самая высокая точка - гора Часначорр (1191 м).

Геологическая история Кольского полуострова  связана с сильно метаморфизованными породами архея и протерозоя. Самые  древние горные породы сформировались 3.6 - 2.7 млрд. лет назад. Большое значение в формировании рельефа сыграло  покровное оледнение. Двигаясь из Скандинавии, лед постепенно растекался от основного восточного направления, огибая находящиеся на его пути горные массивы. При движении ледник переносил огромные массы снесенного им измельченного материала - глины, песков, валунов. В новейшее геологическое время (валдайское оледенение) на кристаллическом фундаменте сформировался покров рыхлых отложений.

Кольский полуостров омывается с трех сторон морями и  Северным Ледовитым океаном и  полностью находится под его  влиянием, а следовательно, относится к арктическому региону.

Экосистемам Кольского  полуострова свойственна слабая способность к самоочищению от загрязнений  вследствие низких температур и короткого  периода активной биохимической  деятельности микроорганизмов в  природных средах. Эти факторы  являются отличительными признаками экосистем  Арктики в целом.

Неконтролируемый  рост населения в результате миграции и экспансии промышленности на Севере в течение XX столетия принесли массу  неожиданных экологических последствий. Это с особой остротой проявилось в Мурманской области, которая представляет собой наиболее индустриально развитый и урбанизированный регион в Заполярье. Десятки предприятий работают здесь, часть из которых являются наиболее крупными в Европе. Например, апатито-нефелиновый горно-обогатительный комбинат или медно-никелевый металлургический комбинат "Североникель". В Мурманской области проживает 1.2 млн. жителей. Правда, начиная с 1991 года проявилась тенденция оттока населения. Несколько крупных городов построены в полярной тундре. Крупнейший северный порт, мощный атомный флот, атомная электростанция, около двух десятков гидроэлектростанций возникли в Заполярье.