Экология как наука. Антропобиоэкосистема, ее характеристика. Экология Самарской области
За вторую половину 20 века и начало 21вв природа нашей планеты значительно оскудела. Ее повсеместно вытесняет гиперурбанизация. ( Увеличение числа населения и городской массы). Естественные ресурсы планеты истощаются с огромной скоростью. Среда обитания в большинстве регионов мира, особенно в промышленных центрах, становится все более вредной для здоровья людей. По оценке специалистов не менее 50% распространенных заболеваний обусловлены загрязнением окружающей природной среды, и прежде всего, употреблением недоброкачественной воды и неудовлетворительным состоянием атмосферного воздуха. Леса, которые являются хранителями вод, хищнически истребляются. Происходит деградация почв, теряется их естественное плодородие, возрастает загрязнение окружающей среды нефтепродуктами, пестицидами и тяжелыми металлами. Возрастает опасность радиационного поражения населения. Человек, в результате своей деятельности нарушил естественную сбалансированность биосферных процессов. Если на ранних этапах социально-экономического развития человечества потенциал природы был достаточен для компенсации антропогенного воздействия, то сейчас эта способность окружающей природы подошла к рубежу исчерпания. Сейчас действует сложных комплекс взаимосвязанных причин:
1. Природные причины ( ограниченность средорегулирующих возможностей биосферы. Биосфера как любая биологическая система способна к саморегуляции. )
2. «Человеческие» причины ( демографические, экономические, научно-технические, психологические и нравственные причины).
В настоящее время экология принимает черты всеобъемлющего мировоззрения, превращается в учение о путях выживания человечества. Этому препятствует глубоко укоренившийся технократический образ мышления, который укоренился в современном обществе. Господствует убеждение, что с помощью правильной организации хозяйства и высокопроизводительной технике можно решить все экономические и социальные проблемы. Однако, это не так. Даже самая совершенная техника, если она вступает в противоречие с объективными законами самовоспроизводства природы, неизбежно наносит ущерб окружающей среде, и следовательно, здоровью человека. Поэтому в настоящее время экологии начинают уделять все больше и больше внимания. Это связано с переходом развития человечества на новый этап. Этот этап характеризуется переходом от покорения природы к ее сохранению. Основной причиной является ухудшение состояния окружающей среды. Термин «экология» был предложен в 1866 году Геккелем для обозначения биологической науки.
Экология – наука, изучающая взаимоотношения живых организмов с органическими и неорганическими средами ( по Геккелю).
(Современное определение) Экология – наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях друг с другом и с условиями среды. В экологии выделяют физиологическую экологию ( организмов – аутэкология). Второй раздел – экология сообществ, изучает функционирование надорганизменных систем на уровне биоценоза и биогеоценоза ( синэкология). Третий раздел – популяционная экология, исследует межвидовые взаимоотношения в биоценозах между популяциями конкретных видов (демэкология).
Задачи экологии:
1. Изучение структуры и динамики биоценозов под влиянием различных факторов, в т.ч. и антропогенных.
2. Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.
3. Прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека
4. Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий, которые возникают в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека.
5. Улучшение качества окружающей среды.
Стратегическая задача экологии – развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как нетъемлимую часть биосферы. Предметом изучения являются биологические макросистемы ( популяции, биоценозы, экосистемы). Их изучают в динамике во времени и пространстве.
Методы экологических исследований:
1. Методы регистрации о оценки состояния среды. ( метеорологические наблюдения, исследования химического состава воды, определение характеристик почвенной среды, измерение освещенности, радиационного фона, определение химической и бактериальной загрязненности среды. ) К этой же группе методов относится мониторинг – периодическое или непрерывное слежение, наблюдение за состоянием экологических объектов и качеством среды.
2. Методы исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов. ( экспериментальные методы). В лабораторных условиях устанавливается воздействие строго контролируемого фактора на те, или иные функции животных, растений и человека. Таким образом, определяются критические, летальные, полулетальные дозы химических агентов. Исходя из этого рассчитывают предельно допустимые концентрации ( ПДК ), лежащие в основах норматирования.
3. Методы математического моделирования. Приробретают все большее значение в экологии. Создаются близкие к реальным условиям ситуации, модели техногенных эмиссий, экологических катастроф, модели распространения загрязнителей в атмосфере, гидросфере и литосфере.
Антропобиоэкосистема и ее характеристика.
Основной функциональной единицей в экологии является экосистема.
Экосистема – совокупность живых организмов и компонентов неживой среды взаимно влияющих друг на друга. Бывают естественными и искусственными. Искусственные ( антропогенные) экосистемы вынужден был создать человек в конкурентной борьбе за выживание. Человек перестал быть рядовым консументов, начал активно воздействовать на природу, сначала развивая растениеводство и животноводство, а затем строя города, дорогя, возводя заводы и фабрики, вырубая леса, распахивая целинные земли, осваивая космос. На современном этапе человек для удовлетворения своих потребностей вынужден изменять природные экосистемы. Экологическое благополучие современного общества базируется на функциональном внедрении современных технологий и тотальной химизации всех сфер жизни. Это сопряжено с поступлением в жизненное ядовитых веществ ( токсикантов, экотоксикантов), которые сам человек неосмотрительно включает в круговорот природы.
В реальных условиях благополучие человека, а также состояние флоры и фауны. Подвержено смертельной опасности отравления химическими веществами. Поэтому, наибольшее внимание уделяется химическим загрязнителям окружающей среды.
Человек, выбрасывая в окружающую среду различные органические соединения, сам становится мишенью для воздействия экотоксикантов. Химические вещества, чуждые жизни, называются ксенобиотиками. Они в большом количестве поступают в жизненное пространство человека, трансформируясь в органические соединения, депонируя, аккумулируясь, повреждая функции систем жизнеобеспечения в различных звеньях биоценозов, оказывают биоразрушающее действие. В настоящее время известно 10млн. химических соединений ( без учета продуктов их взаимодействия и токсификации). При повреждении организма экотоксикантами главная роль принадлежит пищеварительному тракту, т.к. он является «входными воротами» для ксенобиотиков ( биоцидов). К ядам №1 относятся ароматические полихлорированные бифинилы ( ПХБВ ).
В мире ежегодно их производится около 1 млн. тонн. Они попадают в атмосферу при сжигании промышленных и городских процессов. В производственных процессах бифинилы применяются в системах теплопередачи, при производстве пестицидов, в качестве пластификаторов, при производстве красителей, клеев, замазок, пластмасс, при производстве копировальной бумаге. При утилизации перечисленных веществ они могут попадать в сырье для производства упаковочного материала. Из упаковочного материала могут попадать в пищу. От судов, покрытых лаками и красками, бифинилы попадают в воду, в планктон, и включаются в пищевые цепи. Способны аккумулироваться в организме. У человека обнаруживаются в составе всех жидких биосред и тканей. Способны проникать через гематоэнцефалический барьер, через плаценту, способны депонироваться в жировой ткани и печени. Бифинилы вызывают гипоплазию( уменьшение) костного мозга, обладуют гепатотоксическим ( на печень) воздействием, нарушают иммунитет, обладают тератогенным и канцерогенным действием. Бифинилы практически не разрушаются в окружающей среде.
Стабильными в окружающей среде являются такие загрязнители, как: инсектициды( против насекомых), пестициды, фунгициды ( продукты жизнедеятельности грибов). С использованием ядовитых веществ выращивать с\х культуры гораздо дешевле. Наиболее широко применяются для изготовления фунгицидов соединения ртути. Ежегодно в мире производится 9 тыс. тонн ртути. Около 5тыс. тонн попадает в океаны и др. водные массивы. Ртуть очень хорошо аккумулируется водной растительностью, накапливается в организме морских и речных животных. Элементарная ртуть и ее нерастворимые органические соединения могут поступать в организм человека с продуктами питания, чаще всего с морепродуктами. Соединения ртути могут проникать через кожу человека ( ртуть очень часто применяется при изготовлении кремов и мыла для осветления кожи). Может попадать внутрь с лекарственными средствами ( гамма-глобулин, в котором в качестве консерванта используется этилртутьтиосалицилат ). Поступившая в организм ртуть обладает генотоксическим, эмбриотоксическим ( может вызывать аборты), эффектами. Обладает очень большой тропностью ( родством, избирательным свойством) к нервной системе. Обладает канцерогенным действием и мутагенным эффектом. Конкретно известен механизм воздействия на наследственный материал. Ртуть вызывает нарушения структуры ДНК. Следствием этого являются генные мутации. Другим опасным экотоксикантом является кадмий. Главный источник – атмосферные выбросы промышленных предприятий. Кадмий широко используется для получения пигментов в лако-красочной промышленности, при производстве эмалей и посуды. Содержится в мазуте, дизельном топливе и попадает в окружающую среду при его сгорании. Накапливаясь в природной среде, кадмий по пищевым цепям попадает в организм человека. Источники: продукты животного происхождения ( почки, свиные или говяжьи, яйца, морепродукты, овощи, ягоды, грибы, особенно луговые шампиньоны, ржаной хлеб). Много кадмия находится в сигаретном дыму. Одна выкуренная сигарета поставляет в организм курильщика 2мг кадмия. Мишенью служит нервная, репродуктивная системы. Обладает сильным мутагенным эффектом, способен накапливаться в почках, волосах, обладает очень сильным канцерогенным действием.
В процессе эволюции в организме человека сформировалась многоуровневая система защиты от вредных веществ ( детоксикация). Детоксикация заключается либо в инактивации вредных веществ, либо в уменьшении их токсичности. Однако, в процессе биотрансформации могут образовываться вещества, более токсичные чем исходные соединения ( токсификация).
Деградация водорастворимых ксенобиотиков происходит при участии ферментативных систем цитоплазмы. Ферменты детоксикации в основном находятся в лизосомах, пероксисомах и митохондриях. Обезвреживание токсичных веществ прежде всего происходит в клетках печени, кишечнике, легких, коже, почках и надпочечниках. Детоксикацоинные ферменты есть и в других клетках ( нервная система, клетки половых желез, клетки плаценты). Ферменты, обеспечивающие детоксикацию, называются микросомальными моноксигеназами. К ферментам детоксикации относятся: каталаза, пероксидаза, супероксиддисмутазы ( их несколько видов) и др.
Экология Самарской области.
Проблема сохранения жизнеспособной окружающей среды в современных условиях антропогенного прессинга является очень важной социальной и экономической задачей всей страны и в т.ч. Самарской области. Антропотехногенная нагрузка в г. Самара, который является крупным промышленным центром, значительно выше, чем в сельской местности. Ведущими источниками загрязнения являются предприятия нефтеперерабатывающей промышленности ( 56%). На втором месте – предприятия теплоэнергетики ( ТЭЦ – 18%). На третьем месте – приборостроение и машиностроение ( 16%). На четвертом – предприятия черной и цветной металлургии (7%) и предприятия по производству стройматериалов ( 3%).
Непосредственно по районам г. Самары преимущественными экотоксикантами являются оксиды азота, фенол, соли свинца, бензол, во всех районах выявлено повышенное содержание формальдегида и т.д. Основным источником формальдегида является автотранспорт, АЗС, и Куйбышевский нефтеперерабатывающий завод. Формальдегид содержится в выбросах предприятий химической, нефтехимической, строительной, металлургической промышленности, попадает в атмосферу при переаботке изделий из пластмасс и при неполном сгорании химических веществ. Наибольшая концентрация в Куйбышевском районе. Формальдегид относится к веществам второго класса опасности. Оказывает сильное, общетоксическое, раздражающее, наркотическое действие, является сильным канцерогенным фактором. В клетках формальдегид является цитоплазмотическим экотоксикантом, вызывает коагуляцию белков, нарушает обмен витамина С, угнетает синтез нуклеиновых кислот ( редупликация замедляется или не происходит). К наиболее загрязненным районам г, Самары относятся Промышленный и Кировский районы, а районы относительного экологического благополучия - Самарский и Красноглинский. Большое опасение вызывает вода. Основным источником хозяйственного питьевого водоснабжения Самары и пригорода является саратовское водохранилище. Современная эколого-гигиеническая ситуация саратовского водохранилища характеризуется:
1. Многолетние ухудшение качества воды
2. Образование и водозагрязнение химическими веществами. Фенолы, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, свободные металлы ( медь, алюминий, железо, цинк). В последние годы х повсеместно отмечается загрязнение вод саратовского водохранилища металлами второго классами опасности ( кадмий, свинец, никель)
3. Возрастание заиливания и загрязнения донных осложнений.
4. Угнетение процессов самоочищения водохранилища, следствием чего является «цветение» воды, возрастание трофности ( фон загрязнения органическими веществами). К нарушениями процессов самоочищения так же ведут: малая проточность ( медленное течение) и большая прогреваемость воды.
5. Насыщение за счет дождевых и талых вод нефтепродуктами, минеральными веществами, органическими веществами, высокая бактериальная обсеменённость.
В 2005 году сотрудники НИИ гигены и экологии человека провели экспедицию, в ходе которой было детально изучено состояние воды саратовского водохранилища на всем его протяжении. Вода забиралась с большой глубины и поверхности с помощью специального прибора ( батометр Молчанова). По данным этой экспедиции установлено, что в воде саратовского водохранилища обнаружены вещества различных классов опасности в концентрациях, близких к ПДК или превышающих их. Больше всего фенола, нефтепродуктов (4 класс опасности), формальдегид ( 2 класс опасности), кадмий, свинец, алюминий ( 2 класс опасности), ртуть ( 1 класс). Все эти вещества обладают высокотоксичным эффектом.
Очень негативным фактором является повышенное содержание фенола в воде. Фенол является очень опасным веществом, т.к. под действием фенола гемоглобин переходит в мет-гемоглобин. Это нарушает защитный механизм клеток крови, усиливает процессы пероксидации ( образование свободных радикалов). Следствием этого является повреждение клеточных мембран, инакцивация и трансформация ферментов. Подавляется процесс деления клеток. Циркуляция агрессивных химических соединений, накопление их в организме человека, избыточное поступление с животной, растительной пищей и водой, вдыхание агрессивных химических соединений с воздухом, является причиной развития экологически зависимых заболеваний. Кроме того, воздействие экотоксикантов уменьшает продолжительность жизни, нарушает репродуктивную функцию человека. Приоритеным, в списке наиболее загрязненных городов Самарской области составлено ИЗА ( индекс загрязнения атмосферы) города располагаются в следующем порядке.
1. Самара
2. Сызрань
3. Отрадный
4. Тольятти
5. Чапаевск
6. Новокуйбышевск
7. Жигулевск
Если посмотреть почву, то самая страшная ситуация в Чапаевске. Наглядным проявлением антропогенного загрязнения жизненного пространства является заболеваемость населения г. Самара и показатели рождаемости и смертности.