КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ
Региональные экологические проблемы
020201.65 «Биология»
г. Владивосток
2012
Конспекты лекций (разввернутый план лекции, включающий проблемные вопросы)
Тема 1. Экологические проблемы – результат взаимодействия Природы и Общества (4 час.). Лекция-беседа
1.1. Природные катастрофы и техногенные аварии в историческом прошлом, эволюция системы Человек-Природа.
1.2. Взаимосвязь социальных, экономических и экологических проблем
1.2.1. Социально-экономические факторы системы Человек-Природа
1.2.1.1. Население
1.2.1.2. Потребление
1.2.1.3. Технический прогресс
1.2.2. Социально-экологические конфликты
1.2.3. «Зеленый пиар» и противодействие ему.
1.3. Прогнозы развития цивилизации.
Наш курс я хотел бы начать с некоторых фактов и цифр, которые, надеюсь, помогут соответствующим образом «настроиться».
Накопленные данные о глобальных изменениях окружающей среды, произошедших в последние десятилетия прошлого столетия, позволили сформулировать следующую картину (Brown et al., 2001; Лосев, 2001):
- Сокращение площади естественных экосистем суши происходило со скоростью 0,5-1,0 % в год. К началу 1990-х их сохранилось около 37 %.
- По оценкам на 1985 г., рост потребления чистой первичной биологической продукции человеком составляет 40 % на суши и 25 % по всей биосфере.
- За период с 1972 по 1995 г. концентрация парниковых газов возрастала со скоростью от десятых процента до единиц процентов ежегодно.
- Истощение озонового слоя происходило со скоростью 1-2 % в год, наблюдался рост озоновой дыры в Антарктиде и зарегистрирован рост площадей других озоновых дыр.
- Осуществлялось сокращение площади лесов, особенно тропических. За период 1990-1995 гг. уменьшение площади лесов происходило со скоростью 13 млн га в год, а отношение лесовосстановление/сведение составляло 1:10.
- Наблюдалось расширение площади засушливых земель, составляющих 40% суши, росло техногенное опустынивание за счет нарушения влагооборота, вырубки лесов и загрязнения почв. Сокращалась доля сельскохозяйственных земель на душу населения, снижалось плодородие, осуществлялось закисление и засоление почв.
- В последние десятилетия XX века наблюдалось повышение уровня Мирового океана на 1-2 мм в год.
Стихийные бедствия и техногенные аварии в конце XX столетия характеризовались ежегодным возрастанием на 5-7% с увеличением ущерба на 5-10% и ростом количества жертв на 6-12%.
- Исчезновение биологических видов во второй половине XX в. Реализовывалось в 100 – 1000 раз быстрее, чем когда-либо в прошлом.
- Происходило качественное истощение вод суши, вызванное объемом сточных вод, увеличением числа точечных и площадных источников загрязнения, расширением спектра загрязнителей и увеличением их концентрации.
- Наблюдается устойчивый процесс роста массы и числа загрязнителей, накопленных в средах и организмах. Усиливается миграция загрязнителей в пищевых цепочках, особенно радионуклидов.
- Происходило глобальное распространение, включая человека, супертоксикантов через трофические цепи, что привело к нарушению эндокринной системы человека, ухудшившему систему воспроизводства, работу мозга и других жизненно важных органов человека.
- Осуществлялись искусственная интродукция и случайная инвазия чужеродных видов в экосистемы, что вызвало нарушение экосистем, перенос вредителей и болезней растений, животных и человека, сокращение биоразнообразия.
- Зарегистрированы изменения в Мировом океане: разрушение рифов, сокращение мангровых экосистем, истощение запасов рыбы в результате интенсивного лова, сокращение стада китов, загрязнение внутренних морей и прибрежных вод, «красные приливы».
- Зарегистрированы такие явления, как ухудшение качества жизни, рост числа заболеваний, связанных с разрушением экологической ниши человека и загрязнением окружающей среды, в том числе генетических, появление новых болезней, рост бедности, нехватка продовольствия, высокая детская смертность, высокий уровень заболеваемости, необеспеченность чистой водой в развивающихся странах, понижение иммунного статуса.
Обобщая приведенный материал, можно констатировать, что прогрессирующее антропогенное воздействие на ОС приводит к глубоким биосферным перестройкам.
Необходимо отдавать себе отчет в том, что в результате человеческой деятельности нарушилось естественное равновесие (точнее — квазиравновесие) естественных природных циклов, восстановить которые теми методами, которыми мы владеем сегодня, — невозможно.
Прогрессирующая неравновесность в соотношении общества и остальной биосферы, разрушение естественных биосферных циклов неминуемо приведет и к глубоким цивилизационным противостояниям (в частности, в области использования природных ресурсов).
В научной литературе, в средствах массовой информации часто говорится, что общество находится на пороге (или уже переживает) глобальный экологический кризис, следствием которого может стать деградация современной цивилизации вплоть до полного исчезновения человечества.
Цель нашего курса - выяснить что же такое «экологический кризис» и «экологические проблемы». В рамках курса мы попытаемся выяснить какова роль человека в изменениях происходящих на нашей планете, постараемся оценить возможную динамику событий и понять какие меры человек должен предпринять для решения возникающих проблем. И начнем мы с названия дисциплины – «Региональные экологические проблемы».
Словосочетания «экологические проблемы», «экологическая катастрофа», «экологическое бедствие», «проблемы экологии», «состояние экологии», «плохая экология» и различные их производные ежедневно упоминаются в СМИ, учебных пособиях, досужих разговорах. В рамках нашего курса вопрос о корректности использования данных выражений мы обсуждать не будем. Уж слишком много копий здесь было сломано. Наверное, правильнее, да и проще сказать а какой смысл мы будем вкладывать в словосочетание «Региональные экологические проблемы». Давайте для начала попытаемся выяснить, а что скрывается за каждым словом.
Региональные – от «регион», т.е. некоторый участок, территория, выдел, характеризующиеся:
во-первых, определенным географическим положением. Соответственно, для территорий, отличающихся положением на нашей планете, могут быть присущи специфические проблемы. Иными словами, экологические проблемы неотделимы от территорий на которых они так или иначе проявляются. Значит, их конструктивное обсуждение возможно только на основе непосредственной связи их содержательных (экологических, технологических, социально-политических, экономических, юридических) и территориальных (географических, геологических) аспектов.
во-вторых, определенным размером, масштабом. Соответственно и проблемы могут иметь различный масштаб. Например, мы будем выделять проблемы:
глобальные, имеющие планетарный, общечеловеческий характер, решение которых возможно лишь на общечеловеческом уровне (например, разрушение озонового слоя атмосферы, парниковый эффект);
региональные, актуальные для крупных территорий, нередко выходящих за пределы одного государства, решение которых возможно на общегосударственном или межгосударственном уровне (например, проблемы Приазовья, Рейна или Альпийского региона, Чернобыль);
локальные (местные) наиболее ограниченного характера, касающиеся как территориальных комплексов, так и единичных объектов, решение которых осуществимо на местном уровне (например, проблема загрязнения и деградации Амурского залива Японского моря).
Грань между территориальными уровнями условна: локальные проблемы в комплексе формируют проблемы региональные, региональные способны перерастать в глобальные.
Проблема – задача, вопрос, требующий разрешения.
Экологический. Наверное трудно сегодня найти более ангажированные термины, чем экология и экологический. Ведущими экологами признаются мэры различных городов, директоры металлургических заводов, политики, артисты. Долгие годы в обществе одной из немногих универсальных тем для подержания разговора была погода (что, правда, не давало повода называть всех и каждого метеорологами или климатологами). Сегодня такой универсальной темой для общения, особенно в медийной среде, стала «экология», точнее обсуждение состояния окружающей среды. Сто лет назад обсуждение за столом во время ужина «погодных катаклизъмов» было процедурой абсолютно всем понятной и совершенно ни к чему не обязывающей (в том числе в плане точности воспоминаний и прогнозов), а значит любимой и общепринятой. В наше время абсолютно всем понятной и уж точно ни к чему не обязывающей темой стало загрязнение окружающей среды.
Так что же такое экология? Наверное, самое краткое определение: экология – это наука об экосистемах.
Таким образом, экологические проблемы - это, очевидно, проблемы (задачи, вопросы, требующие разрешения), возникающие в экосистемах (что проявляется в составе, структуре, особенностях функционирования экосистем) различного масштаба и в различных участках нашей планеты.
Итак, экологическими проблемами называются негативные изменения природной среды, происходящие в результате взаимодействия природных и общественных процессов, ведущие к нарушению структуры и функционирования природных систем и приводящие к социальным, экономическим и иным последствиям (Кочуров, 2003). Экологические проблемы возникают там и тогда, где и когда устойчивость природных систем оказывается недостаточной для компенсации деструктивных процессов как антропогенного, так и природного происхождения (Стурман, Сидоров, 2005).
Необходимо сказать, что вообще экологические кризисы – явление совершенно закономерное, вся эволюция жизни на Земле – это череда экологических кризисов и их преодоление. Давайте немного обратимся к истории.
В истории нашей планеты экологические кризисы и катастрофы неоднократно потрясали биосферу, неся гибель многим живым видам и существенно меняя состав биоты. Причины таких катастроф носили наряду с геологическими процессами на самой Земле преимущественно внешний, космический характер - столкновение с межпланетными странниками или изменения параметров земной орбиты и положения оси планетного вращения. (Заметим, что как бы маловероятны ни были подобные причины, не следует исключать их в перспективе). С возможностью экологических кризисов подобного рода люди в общем должны считаться и впредь.
Давайте более детально рассмотрим несколько примеров экологичсеких кризисов.
В отличие от других атмосферных газов кислород не может быть получен путем дегазации магмы и потому отсутствовал в первичной атмосфере Земли, которая была восстановительной. Об этом свидетельствует наличие в древнейших, главным образом катархейских, породах легко окисляемых, но не окисленных (несмотря на пребывание на земной поверхности) веществ – таких как графит (углерод), лазурит (Na2S) и т.д. Небольшие количества кислорода, образовывавшегося в результате фотодиссоциации молекул воды под действием жесткого ультрафиолетового излучения, полностью расходовались на окисление постоянно выделяемых вулканами аммиака, закиси углерода, метана и сероводорода. Однако начиная с определенного момента, в океанах начали образовываться так называемые полосчатые железные руды (джеспилиты), представляющие собой чередование бедных и обогащенных окислами железа прослоев. Они формируются, когда двухвалентное (закисное) железо, выработавшееся в результате вулканической активности и растворенное в морской воде, реагирует в поверхностных слоях океана с молекулярным кислородом, окисляется до трехвалентного (окисного) и выпадает в виде нерастворимого осадка на дно. Таким образом, начало образования руд этого типа (состоящих главным образом из гематита Fe2O3 и магнетита FeO·Fe2O3) означает появление на Земле достаточно мощного источника молекулярного кислорода, каковым могут быть только фотосинтезирующие организмы.
Источник кислорода возник, но Мир еще на протяжении полутора миллиардов лет оставался анаэробным: об этом свидетельствует наличие в соответствующих отложениях конгломератов из пирита (FeS2) и ряда других минералов, являющихся термодинамически неустойчивыми в присутствии кислорода.
Ситуация радикально изменилась около 2 млрд лет назад, когда процесс гравитационной дифференциации недр привел к тому, что большая часть железа перешла в ядро планеты, и растворенное в морской воде закисное железо не могло уже возобновляться по мере выбывания из цикла. Фотоавтотрофы получили возможность завершить свою титаническую работу по окислению закисного железа и осаждению его в виде джеспилитов; именно в это время возникли все крупнейшие месторождения железа, такие, как Курская магнитная аномалия. В дальнейшем руды этого типа уже не образовывались (за исключением очень краткого эпизода в самом конце докембрия). Кислород, ранее полностью расходовавшийся на этот процесс, стал теперь мало-помалу насыщать атмосферу; с этого времени пиритовые конгломераты исчезли, а на смену донно-морским железным рудам пришли терригенные (т.е. имеющие наземное происхождение) красноцветы – т.е. процесс окисления железа начался и на суше.
Именно в это время (1,9 млрд лет назад) в канадской формации Ганфлинт впервые появляются звездчатые образования, полностью идентичные тем, что образует ныне облигатно-аэробная марганцевоосаждающая бактерия Metallogenium. Без кислорода окисление железа и марганца не идет, и образуемые этой бактерией металлические кристаллы в виде характерных “паучков” воникают только в сильно окислительной обстановке. Это должно означать, что в тот момент содержание кислорода в атмосфере уже достигло величины как минимум в 1% от современного (точка Пастера). Именно с этой пороговой концентрации становится “экономически оправданным” налаживание процесса кислородного дыхания, в ходе которого из каждой молекулы глюкозы можно будет получать 38 энергетических единиц (молекул АТФ) вместо двух, образующихся при бескислородном брожении. С другой стороны, в атмосфере начинает возникать озоновый слой, преграждающий путь смертоносному ультрафиолету, что ведет к колоссальному расширению спектра пригодных для жизни местообитаний. Примерно к середине протерозоя (1,7-1,8 млрд лет назад) “кислородная революция” в целом завершается и Мир становится аэробным. Однако, с точки зрения существ, составлявших тогдашнюю биосферу, этот процесс следовало бы назвать иначе: “Необратимое отравление кислородом атмосферы планеты”. Смена анаэробных условий на аэробные не могла не вызвать катастрофических перемен в структуре тогдашних экосистем, и в действительности “кислородная революция” есть не что иное, как глобальный экологический кризис.
Согласно современным представлениям, только в фанерозое было 8 массовых вымираний организмов и среди них 4 великих вымирания. Для объяснения причин вымирания больших групп организмов привлекают весьма широкий круг факторов, которые можно разделить на три большие группы: !) «ударные», чаще всего космические, 2) связанные с геологическими процессами, 3) обусловленные внутренними биосферными процессами. Нередко для объяснения какого-нибудь определенного биосферного кризиса в качестве единственной причины разными исследователями привлекаются самые различные явления, но совершенно очевидно, что вне зависимости от первопричин, эти вымирания стали следствием глобальных экологических кризисов.
Далее мы часто будем говорить о способности живых организмов кондиционировать (т.е. перестраивать в благоприятном для себя направлении) свою среду обитания. Рассмотрев это явление на планетарном уровне, Дж.Лавлок (1982) выдвинул свою концепцию Геи, согласно которой всякая обитаемая планета (именно планета как астрономическое тело!) в определенном смысле является живым объектом – Геей, названным так по имени древнегреческой богини, олицетворяющей Землю. Наиболее разработанной в математическом отношении из моделей Лавлока является “Маргаритковый мир (Daisyworld)”; методологически она сходна с моделью Лотки-Вольтерра, описывающей поведение системы из двух взаимодействующих популяций – хищника и жертвы, и тоже является абстракцией, основанной на предельном упрощении.
|
