Лекция №6. Экологические кризисы и катастрофы. Парниковый эффект. Эрозия почвы. Проблема загрязнения пестицидами.
6.1 Экологические кризисы и катастрофы.
Экологический кризис – это изменения окружающей среды, вызванные деятельностью человека, которые резко нарушают возможность нормального существования общества.
Нерациональное природопользование является причиной экологических кризисов и экологических катастроф.
Экологический кризис — это обратимое изменение равновесного состояния природных комплексов. Он характеризуется не столько усилением воздействия человека на природу, сколько резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие.
Человечество создало экосистему, основанную не на равновесии, а на эксплуатации воды, почвы, энергетических и других ресурсов и т.д. Такая ситуация соответствует кризисной.
Последствия кризисов всегда сложно преодолевать. Человек выступает при экологическом кризисе активно действующей стороной. История цивилизации доказывает, что вслед за экологическим кризисом следует революционное изменение во взаимоотношениях общества и природы. В предыстории и истории человечества выделяют ряд экологических кризисов и революций.
1. Изменение среды обитания живых существ, вызвавшее возникновение прямоходящих антропоидов — непосредственных предков человека.
2. Кризис относительного обеднения доступных примитивному человеку ресурсов промысла и собирательства, обусловившего стихийные биотехнические мероприятия типа выжигания растительности для лучшего и более раннего роста.
3. Первый антропогенный экологический кризис — массовое уничтожение (перепромысел) крупных животных («кризис консументов»), связанный с последовавшей за ним сельскохозяйственной экологической революцией.
4. Экономический кризис засоления почв и деградация примитивного поливного земледелия, недостаточность его для растущего народонаселения Земли, что привело к преимущественному развитию неполивного земледелия.
5. Экономический кризис массового уничтожения и нехватки растительных ресурсов, или «кризис продуцентов», связанный с общим бурным развитием производственных сил общества, вызвавший широкое применение минеральных ресурсов, промышленную, а в дальнейшем и научно – техническую революцию.
6. Современный кризис угрозы недопустимого глобального загрязнения. Здесь редуценты не успевают очищать биосферу от антропогенных продуктов или потенциально не способны это сделать в силу неприродного характера выбрасываемых синтетических веществ. Этот кризис называют «кризисом редуцентов», которому соответствует высший этап научно-технической революции — реутилизация продуктов и условное замыкание технологических циклов.
С «кризисом редуцентов» почти одновременно наступают два других экологических напряжения: термодинамическое (тепловое) и снижение надежности экосистем. Они связаны с экологическими ограничениями производства энергии в нижней тропосфере и нарушением природного экологического равновесия.
Данные экологические кризисы ближайшего будущего будут разрешены на основе энергетической и эколого-плановой экологических революций.
Первая будет заключаться в максимальной экономии энергии и переходе к ее источникам, практически не добавляющим тепло в приземный слой тропосферы (главным образом солнечным), вторая — в регулируемой коэволюции в системе «общество — природа».
Экологическая катастрофа — это природная аномалия (длительная засуха, массовый мор, например, скота и т. д.), зачастую возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остро неблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона; авариям технического устройства (атомной электростанции, танкера и т. п.), приведшая к остро неблагоприятным изменениям в среде и повлекшей за собой массовую гибель живых организмов и экономический ущерб; одно из состояний природы.
Экологическая катастрофа отличается от экологического кризиса тем, что кризис — это обратимое состояние, где человек выступает активно действующей стороной, а катастрофа — необратимое явление, человек здесь вынужденно пассивная, страдающая сторона.
В более широком понимании экологические катастрофы — это фазы развития биосферы, где происходит качественное обновление живого вещества, например вымирание одних видов и возникновение других.
В наше время можно наблюдать множество кризисных ситуаций, которые связаны с ростом технической вооруженности человека и его мощным воздействием на природу. К ним относят: разрушение озонового слоя, парниковый эффект, эрозию почвы, перенаселение, энергетический кризис и т. д. Для преодоления экокатастроф необходимо усилиями всего человечества оптимизировать взаимоотношения общества и природы.
6.2 Парниковый эффект
Парниковый эффект – постепенное потепление климата на нашей планете в результате увеличения концентрации в атмосфере антропогенных примесей (оксидов углерода, азота, метана, озона, фреона), которые, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с земной поверхности.
В атмосфере Земли происходят те же процессы, что и в обычном парнике для растений. Через стекла окон в теплицу проникает солнечный свет и поглощается почвой, которая частично отражает его в виде инфракрасного излучения. Тепло не проникает сквозь стекло наружу, а остается внутри. Парниковые газы в биосфере Земли играют роль стекла.
Источники парниковых газов:
1. Основным источником углекислого газа СО2 является сжигание ископаемого топлива. Ежегодно его содержание в атмосфере увеличивается на 5%.
2. Поставщиками в атмосферу метана СН4 являются болота, рисовые поля, крупный рогатый скот, угольные месторождения. Ежегодно его содержание в атмосфере увеличивается на 1%.
3. Фреоны выделяются в промышленном производстве и в процессе эксплуатации бытовой техники. Ежегодный прирост – 4%.
4. Увеличение содержания в атмосфере оксида азота NO 2 (0,3% ежегодно) связывают в основном с возрастанием производства и применения азотных удобрений в с/х.
За последние 100 лет вклад парниковых газов в глобальное потепление климата составил: СО2 – 66%, СН4 – 18%, фреонов – 8%, NO2– 3% и остальных газов – 5%.
В результате средняя температура на планете повысилась на 1,3°С. Однако, увеличение концентрации перечисленных газов по-разному влияет на величину парникового эффекта, что определяется особенностями поглощения самой молекулы газа: метан разогревается больше, чем фреон, а фреон больше, чем оксид углерода.
Парниковый эффект имеет для Земли как положительные, так и отрицательные стороны.
Отрицательные последствия парникового эффекта.
За последние 100 лет уровень Мирового океана повысился в среднем примерно на 25 см. Это происходит в результате таяния материковых и горных ледников, морских ледников, теплового расширения океана и т. д.
Для России, у которой 50% территории занято вечной мерзлотой, парниковый эффект приводит к следующим последствиям: увеличение сезонного протаивания грунтов, что создает угрозу дорогам, строениям и коммуникациям, заболачиванию, ухудшению состояния лесных массивов и т.д. В результате эти факторы влекут за собой большие экономические и экологические проблемы.
Положительные последствия парникового эффекта.
При глобальном потеплении климата будет отмечаться увеличение испарения с поверхности океана и связанное с ним возрастание увлажнения климата, что очень важно для с/х областей. Повышение концентрации СО2 в атмосфере способствует интенсификации процессов фотосинтеза, т.е. увеличению продуктивности фитоценозов.
Проведенные расчеты показали, что при увеличении концентрации СО2 в два раза, урожайность зерновых может возрасти на 67%, кормовых культур на 95%.
Таким образом, несмотря на наличие некоторых положительных сторон парникового эффекта для наземных экосистем, только одна проблема – подъем уровня мирового океана может отрицательно повлиять на жизнь населения более 30 стран. Поэтому создан межправительственный комитет по предотвращению глобального потепления климата, который разработал стратегию борьбы с парниковым эффектом:
1) Увеличение КПД использования горючего на транспорте;
2) Разработка и внедрение бестопливных источников энергии (солнечные батареи, ветряные электростанции, энергия волн и т. д.);
3) Прекращение вырубки лесов;
4) Восстановление лесов;
5) Повышение экологического сознания.
6) Экономические санкции за загрязнение и поощрения за его отсутствие (Киотский протокол).
Межведомственной комиссией по экологии Совета безопасности Российской Федерации выработаны меры по предотвращению загрязнения атмосферы.
Наша страна является участницей Киотского соглашения, предусматривающего сокращение выбросов двуокиси углерода, которое уже подписали 106 стран. Среди стран Киотского протокола доля выбросов Японии составила 6,7%, России – 16,7%, стран ЕС – 23%, США – 33,6%.
Крупнейший загрязнитель воздуха – США заявил о своем выходе из этого договора. Именно на США приходится наибольший объем выбросов двуокиси углерода, однако власти США объявили, что расходы на сокращение этих выбросов слишком негативно скажется на американской экономике. Выход США из процесса остановит действие Киотского протокола, поскольку по его условиям общая сумма выбросов всех участников должна быть не менее 55%. Китай является вторым главным загрязнителем окружающей среды. Так как это государство относится к развивающимся, то Киотское соглашение его мало к чему обязывает, и соответствующие ограничения на него пока не распространяются. Россия ратифицировала Киотский протокол.
Очевидно, что только совместные усилия всего мирового сообщества позволят сократить выбросы парниковых газов и уменьшить их пагубное воздействие на окружающую среду и здоровье людей.
6.3 Эрозия почвы.
Плодородный слой почвы представляет собой сложное сочетание следующих компонентов:
- минеральные частицы;
- детрит, т.е. мертвое органическое вещество растений и животных, включая отходы их жизнедеятельности, на разных стадиях разложения;
- множество живых организмов от редуцентов (грибов и бактерий) до более крупных детритофагов (дождевых червей, моллюсков и насекомых), формирующих сложную пищевую сеть, основанную на детрите.
Охрана почвенной экосистемы необходима для поддержания плодородия почвы. Чтобы растения могли выжить, почва как среда обитания должна удовлетворять их потребностям в минеральных элементах питания, воде и кислороде. Очень важны также ее pH (кислотность) и соленость (концентрация солей). Чтобы человечество устойчиво развивалось, следует осознать типы отрицательного воздействия на почву и принять меры для борьбы с ними. Самое разрушительное влияние на почву оказывает эрозия.
Эрозия – процесс захватывания частиц почвы и их выноса водой или ветром.
Обычно растительный покров или опавшие листья обеспечивают защиту от всех форм эрозии. В последние десятилетия распашка и культивация земель, перевыпас, сведение лесов, проводимые в широких масштабах для обеспечения населения земли продовольствием, оставляют почву обнаженной и вызывают беспрецедентную эрозию, подрывающую будущее плодородие.
В нормальных условиях за год формируется слой почвы толщиной в 0,4 см, поэтому и потери должны быть не больше этой величины. Но на большинстве лесных и пахотных земель этот баланс нарушен. По всему миру потери почвы с полей достигли около 23 млрд. тонн в год – это порядка 9,2 млн. га.
Коварство эрозии проявляется в том, что потеря первых 20-30% пахотного слоя почвы не сказывается на урожайности и компенсируется дополнительным внесением удобрений.
Основные типы эрозии почв.
1. Геологическая (нормальная) эрозия протекает в естественных условиях в результате процессов выветривания и денудации. Выветривание включает в себя множество физических процессов, например, замерзание и оттаивание, нагревание и охлаждение, абразивное действие песчаных частиц, переносимых ветром и т. д. При этом почвенный профиль восстанавливается в ходе почвообразования.
2. Антропогенная эрозия связана с деятельностью человека и возникает в результате:
- выпахивания, которое оставляет почву открытой значительную часть года, пока с/х культуры не сформируют сплошной покров, препятствующий эрозии.
перевыпаса, который происходит в случае, когда трава на пастбище съедается быстрее, чем растет, и почва быстро обнажается.
-ирригационной эрозии, возникающей на склонах при искусственном орошении.
- вырубки лесов, которая оставляет почву открытой. К тому же происходит вымывание из нее биогенных веществ, особенно азота.
-засоления земель, происходящего в результате искусственного орошения. Вода расходуется на испарение и транспирацию, а остающиеся при этом в почвенном растворе соли накапливаются в количестве, препятствующем развитию растений.
3. Водная эрозия начинается с капельной. Дождевые капли, ударяясь о поверхность почвы, разбивают почвенные комки и агрегаты, а мелкие частицы закупоривают поры и пространства между другими агрегатами, ухудшая аэрацию и увеличивая поверхностный сток. Это приводит к дальнейшему развитию эрозии.
Стекая по поверхности, вода подхватывает и уносит частицы почвы. Равномерное их вымывание с поверхности называется плоскостной эрозией.
По мере развития поверхностного стока вода сливается в ручейки. Когда образуется множество мелких русел, эрозию называют струйчатой, а когда несколько мелких русел объединяются в одно крупное – овражной. В результате происходит опустынивание.
Эрозия и опустынивание – результат беспечного отношения к окружающей среде, но их можно контролировать и предупреждать.
Методы предупреждения эрозии.
1. Контурная вспашка – производится перпендикулярно склону, при этом вода задерживается бороздами, предотвращая поверхностный сток и эрозию.
2. Узкополосный посев – это чередование полос высеваемой культуры и травы. Почва, уносимая с распаханных полос, задерживается травой.
3. Полезащитные полосы – ряды деревьев вокруг полей.
4. Террасирование – это оформление склонов в виде ступеней.
5. Беспахотное земледелие - применяется в развивающихся странах. Почву вспахивают для борьбы с сорняками, альтернативой этому является обработка полей гербицидами. Затем зерна высевают с помощью трактора с сеялкой. В результате экономят время, топливо, уменьшается уплотнение почвы. Недостаток – химикаты.
6. Восстановление лесов и растительного покрова лучше всего защищают почву от разрушения:
- растения принимают на себя удары дождевых капель;
- корни растений скрепляют почвенные частицы;
- растительность замедляет поверхностный сток и усиливает впитывание воды, задерживает смываемые частицы почвы;
- способствует накоплению снега, ослабляет промерзание почвы, что приводит к лучшему впитыванию влаги весной.
7. Рекультивация земель включает в себя комплекс горно-технических, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и других видов работ, направленных на восстановление нарушенного плодородия территорий и создания на них культурных ландшафтов.
8. Борьба с засолением путем вымывания их большим количеством воды и отводом ее через искусственные дренажные системы.
Таким образом, возросшие антропогенные нагрузки на агроландшафты приводят к нарушению экологических функций почвенного покрова.
Процессы антропогенного опустынивания, водной и ветровой эрозии, вторичного засоления, осолонцевания, заболачивания, загрязнения химическими веществами и радионуклеидами, нарушения горными выработками, переуплотнения, обесструктурирования, дегумификации и др. приводят к деградации почв. В связи с этим необходимо проведение постоянного мониторинга почвенного покрова для разработки мер по предотвращению разрушения почв.
6.4 Проблема загрязнения пестицидами
Пестициды (ядохимикаты) – это химические препараты для защиты с/х продукции.
До недавнего времени почвы в Ростовской области подвергались массированным загрязнениям пестицидами. В последнее время эта проблема смягчилась за счет уменьшения объема применения пестицидов, использования быстроразлагающихся химических веществ, применения биологических методов защиты с/х продукции, повышения уровня экологического образования. В связи с этим значительно снизился уровень загрязнения почвы, а следовательно и грунтовых вод.
Классификация пестицидов по объекту воздействия:
- Гербициды – уничтожают сорняки.
- Инсектициды – уничтожают вредных насекомых.
- Зооциды – используют для борьбы с грызунами.
- Фунгициды – уничтожают возбудителей грибковых заболеваний.
- Дефолианты – удаляют листья.
- Дефлоранты – удаляют лишние цветки.
Опасность пестицидов заключается в том, что ни один из химикатов не обладает абсолютной избирательностью в отношении организмов, против которых он разработан. Поэтому они представляют угрозу для всех организмов, в том числе и для людей. В связи с этим пестициды также называют биоцидами, т.е. веществами, которые угрожают различным формам живого.
Пестициды также различают по химической структуре: хлор-, фосфор-, ртутьорганические, цианистые, производные мочевины, препараты меди и т.д.
Для оценки токсичности пестицидов пользуются величиной средней смертельной дозы (ЛД 50), вызывающей гибель 50% подопытных животных.
Классификация пестицидов по степени токсичности:
- Высокоядовитые : ЛД 50 от 50 до 200 мг на 1 кг массы подопытного животного.
- Среднеядовитые: ЛД 50 от 200 до 1000 мг/кг.
- Малоядовитые: ЛД 50 выше 10 г.
Использование химических пестицидов приводит к возникновению ряда проблем:
- Развитию устойчивости у вредителей;
- Возрождение вредителей и вторичные вспышки численности;
- Рост затрат;
- Нежелательное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.
Наиболее перспективным решением проблем, связанных с применением химических препаратов, является разработка и применение биологических методов борьбы с вредителями.
Существует пять основных категорий природных методов:
- с помощью естественных врагов;
- генетические;
- использование стерильных самцов, т.е. внедрение в природную
- популяцию бесплодных мужских особей, выращенных в лаборатории;
- культурные, которые заключаются в нехимическом изменении одного или более факторов окружающей среды таким образом, что она становится непригодной для вредителей или они не могут в нее внедрится;
- с помощью природных химических соединений (гормонов).
Таким образом, использование комплексного подхода для борьбы с вредителями, позволяет в значительной степени свести к минимуму использование синтетических органических пестицидов, не подвергая угрозе с/х культуры, за счет приведения в действие всех относящихся к этому социальных, экономических и экологических факторов.
