Основы экологии. Раздел 1 : характеристика окружающей среды как системы

Ne 1483


    МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ (ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра руднотермических процессов






ЧИЖИКОВА В М.






                                 Одобрено методическим советом института








ОСНОВЫ экологии



КУРС ЛЕКЦИЙ





РАЗДЕЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ КАК СИСТЕМЫ






   Для студентов специальностей 110100,072000,210200








МОСКВА 1998

АННОТАЦИЯ


       Данное пособие создано на основе курса лекций, прочитанных в 1996 - 1998 годах кафедрой руднотермических процессов для студентов специальностей 110100, 210200.
       Пособие состоит из трех частей: часть 1 - Характеристика окружающей среды как системы, часть 2 - Устойчивость антропосферы как основа экологической безопасности, часть 3 -Ресурсосбережение - основное направление снижения экологической напряженности.
       Первая часть- пособия включает 8 глав, отражающих наиболее значимые параметры состояния окружающей среды Она излажена на 98 страницах и содержит 24 иллюстрации и 23 таблицы



                               © Московский Государственный институт стали и сплавов (ТУ), (МИСиС), 1998

Содержант

                  СОДЕРЖАНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ........................................... 5

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭКОЛОГИИ....................... 7

      1.1. Элементы системы........................ 9
      1.2. Иерархическое строение окружающей среды... 10
      1.3. Параметры состояния окружающей среды... 12

2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ........................................ 15

      2.1. Радиационный баланс.................... 17
      2.2. Альбедо системы........................ 20
      2.3. Составляющие энергетического баланса... 22

3. ВОДНЫЙ ПАРАМЕТР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ............... 27

      3.1. Гидросфера............................. 27
      3.2. Составляющие гидрологического цикла.... 29
      3.3. Механизмы загрязнения гидросферы....... 33

4. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ВОДНОГО
  ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ..................... 4°

      4.1. Простейшая теория климата.............. 40
      4.2. Устойчивость и изменчивость климата.... 42
      4.3. Антропогенное влияние на климат........ 46

5. БИОЛОГИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ........................................ 50

      5.1. Глобальный биологический круговорот.... 50
      5.2. Фотосинтез и факторы, его определяющие. 53
      5.3. Модель биосферы........................ 58

6. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ............................. $0


3

Основы экологии Раздел 1. Характеристика окружающей среды как системы.

Стр.

      6.1. Биогеохимический цикл миграции элементов.... 61
      6.2. Миграционные потоки и барьеры........... 64
      6.3. Оценка техногенной нагрузки............. 71
      6.4. Тяжелые металлы в окружающей среде...... 73

7. СОЦИАЛЬНЫЙ ПАРАМЕТР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.............................................. 77

      7.1. Проблемы народонаселения ............... 77
      7.2. Три следствия ‘демографического взрыва". 81
      7.3. Экологические аспекты урбанизации....... 86

8. СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ....................... 92

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.......................... 101


4

Введение

ВВЕДЕНИЕ

      Термин "экология’ был введен в 1866 году Эрнестом Геккелем, обозначившим ее как науку об отношении организмов к окружающей среде. "Эко* в переводе с греческого означает дом, а “логос" - знание, учение, таким образом в буквальном, значении экология есть “наука о доме', где дом понимается в глобальном масштабе как окружающая человека среда.
      Человек очень давно стал заботиться о среде обитания. В землях Иудейских, например, мусор сжигали в специальной печи, называвшейся “гиенна*. Сведения об этом техническом объекте дошли до нас из Библии, где в качестве одного из ужасов ада описана “гиенна огненная”.
      Известны исторические факты законодательного регулирования отношений с целью улучшения состояния окружающей среды. Карл VI в 1382 году издал Указ, запрещающий в Париже выпускать "дым тошнотворный и плохо пахнущий”. В 1639 году в Испании были оформлены законы об ограничении загрязнения городов: ими предписывалось "не выливать помои ранее 23 часов летом и 22 часов зимой”.
      Настоящее время можно охарактеризовать как эпоху 'экологической революции”. Ее временную границу следует соотнести с 1913 годом, когда в Берне (Швейцария) была созвана Первая международная конференция по охране природы, обозначившая проблемы биосферы.
      Тревога по поводу глобального загрязнения окружающей среды прозвучала на Первой конференции по охране окружающей среды, состоявшейся в 1972 году в Стокгольме (Швеция) в рамках Генеральной Ассамблеи ООН.
      Осознание исключительности стоящих перед человечеством проблем способствовало разработке и последовательной реализации стратегии выживания.
      В 70-е годы в период накопления информации об уровнях и масштабах загрязнения основным инструментом регулирования состояния окружающей среды являлся “контроль на трубе”, т.е. фактическая регистрация объема и состава промышленных выбросов. В 80-х годах человечество договорилось о мерах по предотвращению загрязнения: возникла концеш>1Я * безотходного производства”, а практическим шагом сообщества по снижению загрязнения стало принятие целого ряда регламентирующих документов - Конвенции о трансграничном за

5

Основы экологии Раздел 1. Характеристика окружающей среды как системы

грязнении воздуха на большие расстояния, Хельсинки, 1985; Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, 1987; Базельской конвенции о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением, 1989; и т.д.
      90-е годы способствовали пониманию человечеством необходимости управления состоянием окружающей среды: в 1992 году в Рио-де-Жанейро была принята концепция устойчивого развития, гарантирующего нормальное функционирование биосферы.
      Основным ядром концепции устойчивого развития является модель устойчивого экологически безопасного промышленного развития (программа ESID), разработанная ЮНИДО и утвержденная резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН 42/187. Главный, принцип ESID декларирует промышленное развитие с целью удовлетворения потребностей человека и будущих поколений без нарушения основных природных процессов (устойчивости биосферы).
      Указом Президента РФ № 440 от 3.04.96 утверждена ‘Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию*.
      Предлагаемое пособие по курсу ‘Основы экологии" имеет целью познакомить с представлениями об окружающей среде как системе с детерминированными связями между элементами, функционирующей в некотором пространстве параметров; проиллюстрировать, как изменения состава и структуры системы, а также параметров ее состояния определяют те или иные неустойчивости биосферы; показать возможность на основе информации о параметрах системы прогноза ее поведения, гарантирующее устойчивое развитие антропосферы.

6

Основные понятия экологии.

1. ОСНОВНЫЕ понятия экологии



      Итак, экология - наука об окружающей человека среде. Тогда следует дать определение самому понятию окружающая человека среда. По Н.Ф. Реймерсу окружающая человека среда - это совокупность абиотической, биотической и социальной сфер (областей), взаимодействие которых реализуется по принципу концентрических окружностей. Каждая область оказывается как бы вложенной одна в другую в последовательности социальная - биотическая - абиотическая среды (рис. 1.1). Окружающую человека среду можно определить также как антропосферу - область, где живет и куда временно проникает человек.
      Необходимо учесть также, что часть биотической среды оказывается трансформированной благодаря антропогенной деятельности: возникает квазиприродная среда (пашни, сады, парки и т.д.) и артеприродная среда (дороги, мосты, дома, технические сооружения и т.д.). Часть биосферы, преобразованная в технические или техногенные объекты (или артеприродная среда), носит название техносферы.
      Биосфера - область существования живого вещества (это понятие дано В.И. Вернадским). Биосферу можно обозначить как самую крупную экосистему на Земле.
      Экосистема - любое сообщество живых существ и среда обитания, объединенные в единое функциональное целое на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными компонентами. Экосистемы различают по масштабу: микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (к примеру, лес или пруд), макроэкосистемы (такие, как океан или континент), глобальная экосистема (биосфера).

7

Рис. 1 1 Представление об антропосфере (по Н Ф Реймерсу)

1. Основные понятия экологии.

      Состояние экосистемы находится под постоянным или периодическим наблюдением. Подобное действие в отношении экосистем называется мониторингом. Оценка и контроль потенциально вредных эффектов, обусловленных обращением с отходами, есть скрининг.

      1.1. Элементы системы.

      Если мы анализируем экосистему как системный объект, следует убедиться, что определение экосистемы отвечает общим признакам системы, данным еще в ЗО-х годах Л. фон Бер-таланфи. Чтобы объект мог рассматриваться как система, он должен обладать следующими четырьмя необходимыми и достаточными признаками
•  состоять из подсистем,
•  каждая подсистема должна функционировать как единое целое;
•  наличие взаимосвязей между элементами системы;
•  иерархичность системы (каждая рассматриваемая система должна быть подсистемой другой более крупной системы).
      В качестве конкретного примера охарактеризуем такую мезоэкосистему как пресноводный пруд. Прежде всего, очевиден признак иерархичности, так как пруд является подсистемой в макроэкосистеме, каковой является континент. Пруд включает следующие подсистемы - планктон, водную среду с микроорганизмами, рыб, иловую субстанцию и т.д. Все эти подсистемы связаны между собой массообменными потоками (трофическими, или пищевыми, цепями). Следовательно, третий из признаков системы имеется. Любая из выделенных систем способна функционировать как самостоятельный объект. В этом несложно убедиться, поместив любую из них в другой водоем. Таким образом, пруд, идентифицированный нами как мезоэкосистема, обнаруживает необходимые и достаточные признаки системы. Последнее позволяет заключить, что определение экосистемы в полной мере отвечает общему определению системы, принятому в теории систем, кибернетике, синергетике.
      Охарактеризуем с позиций системного подхода антропосферу. Прежде всего, обозначим компоненты системы' элемент, состав, структура, система.
      Элементом системы называется ее внутренняя составная часть, функционирующая как некое единое целое и имею

9

Основы экологии. Часть 1. Характеристика окружающей среды как системы

щая значение для системы как целого при данном масштабе рассмотрения.
       Состав системы - это множество, состоящее из всех внутренних элементов системы.
       Структурой системы называется множество, включающее все связи элементов системы между собой. ¹
       Система - это объект, образованный элементами множества, связанными между собой определенными связями, множество которых образует ее структуру.
       Таким образом, системный анализ требует, во-первых, определения состава системы, т.е. образующих ее элементов; во-вторых, установления структуры системы (выявления всех связей), в-третьих, нахождения закона, определяющего направление изменения системы в целом, ее элементов и структуры во времени.

       1.2. Иерархическое строение окружающей среды

       Результат подобного подхода к исследованию антропо- сферы в рамках укрупненного масштаба представлен на рис. 1.2.
       Антропосфера (А) представлена двумя подсистемами -экосферой (Е) и социосферой (S), каждая из которых в свою очередь делится на две подсистемы. Экосфера включает биосферу (в) и техносферу (7), а социосфера - блоки управления (М) и обмена (Ех).     ■
       Биосфера в качестве подсистем имеет экоблоки природы (Л/) и производства (Р), а техносфера содержит тот же экоблок производства и экоблок человеческих поселений (Н).
       В иерархической последовательности названные подсистемы биосферы и техносферы распадаются на биогеоценозы (экоблок природы), агроэкосистемы (экоблок производства), техноэкосистемы (экоблок производства), городские и сельские поселения (экоблок человеческих поселений)


10