Файл: лекции по техническому конструированию.docx

Для вредных веществ в атмосфере законодательно установлены предельно допустимые концентрации, не вызывающие у человека ощутимых последствий. С целью предотвращения загрязнения атмосферы разработаны мероприятия, обеспечивающие правильное сжигание топлива, переход на газифицированное теплоцентральное отопление, установку на промышленных предприятиях очистных сооружений. На алюминиевых заводах установка фильтров на трубах предотвращает выброс фтор в атмосферу.

Помимо строительства очистных сооружений ведутся поиски технологии, при которой образование отходов было бы сведено к минимуму. Этой же цели служат улучшение конструкции автомобилей, переход на другие виды топлива, при сжигании которого образуется меньше вредных веществ. Разрабатываются автомобили с электрическим двигателем для передвижения в пределах города. Большое значение имеют правильная планировка городов и зеленые наслаждения. Например, сернистый газ хорошо поглощается тополем, липой, кленом, конским каштаном. Бытовые и промышленные сточные воды подвергаются механической, физико-химической и биологической обработке. Биологическая очистка заключается в разрушении растворенных органических веществ микроорганизмами. Очистка сточных вод не решает всех проблем. Поэтому все больше предприятий переходит на новую технологию–замкнутый цикл, при котором очищенная вода вновь поступает в производство. Новые технологические процессы позволяют в десятки раз сократить расход воды. Для повышения продуктивности сельского хозяйства громадное значение имеют правильная агротехника и осуществление специальных мероприятий по охране почвы. Например, борьба с оврагами успешно ведется путем посадки растений–деревьев, кустарников, трав. Растения защищают почвы от смыва и уменьшают скорость течения воды. Разнообразие посадок и посевов по оврагу способствует образованию стойких биоценозов. В зарослях поселяются птицы, что имеет немаловажное значение для борьбы с вредителями. Защитные лесонасаждения в степях препятствуют водной и ветровой эрозии полей.

Развитие биологических методов борьбы с вредителями позволяет резко сократить использование в сельском хозяйстве пестицидов.

В настоящее время в охране нуждаются 2000 видов растений, 236 видов млекопитающих, 287 видов птиц. Международным союзом охраны природы учреждена специальная Красная книга, в которой сообщаются сведения об исчезающих видах и даются рекомендации по их сохранению. Многие виды животных, находящихся под угрозой исчезновения, сейчас восстановили свою численность. Это относится к лосю, сайгаку, белой цапле, гаге.

Сохранения животного и растительного мира способствует организации заповедников и заказников. Помимо охраны редких и исчезающих видов служат базой для одомашнивания диких животных, обладающих ценными хозяйственными свойствами. Заповедники служат также центрами по расселению животных, исчезнувших в данной местности, или целям обогащения местной фауны. В России хорошо прижилась североамериканская ондатра, дающая ценный мех. В суровых условиях Арктики успешно размножается овцебык, завезенный из Канады и Аляски. Восстановлена численность бобров, почти исчезнувших в нашей стране в начале века. Подобные примеры показывают, что бережное отношение, основанное на глубоких знаниях биологии растений и животных, не только сохраняет ее, но и дает значительный экономический эффект.

Человечество в своем стремлении к улучшению условий существования постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. Например, современный человек увеличил объем привычных для природы загрязнений настолько, что она не успевает их перерабатывать. Мало того, он стал вырабатывать такие загрязнения, для переработки которых в природе пока нет соответствующих видов, а для некоторых загрязнений, к примеру радиоактивных, их никогда и не появится. Поэтому “отказ” биосферы перерабатывать плоды человеческой деятельности неизбежно будет действовать как все более нарастающий ультимативный фактор в отношении человека. Поэтому будущее человека как биологического вида предсказуемо: экологический кризис и снижение численности.

3. Экосистемы

Для удобства рассмотрения жизненных процессов в биосфере введено понятие "экологическая система" (экосистема). Экосистема представляет собой функциональное единство организмов и окружающей среды. Это совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой.

Вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время. Экосистемой может быть любое сообщество живых существ и среда его обитания, объединенные в единое целое. Экологические компоненты системы взаимосвязаны и взаимозависимы. Нарушение функций одного из компонентов вызовет нарушение устойчивости всей экосистемы.

Экосистема представляет собой необходимую форму существования жизни. Любой организм способен развиваться только в экосистеме, а не изолированно.

Таким образом, экосистема — это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды.

Впервые термин "экосистема", как уже отмечалось, ввел английский эколог А. Тенсли в 1935 г. Экосистемами являются, например: участок леса, территория завода, фермы, кабина космического корабля или даже весь земной шар.

Состав экосистемы. В состав экосистемы входят живые организмы (их совокупность называют биогеоценозом или биотой экосистемы), и неживые (абиотические) факторы — атмосфера, вода, питательные элементы, свет и мертвое органическое вещество — детрит.

Термин "биогеоценоз" предложил русский ученый В. Н. Сукачев. Этим термином обозначается совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Следует отметить, что их видовой состав и количество связаны, во-первых, с действием лимитирующих факторов, прежде всего климатических, определяющих, какие именно виды лучше всего приспособлены к существованию в тех или иных условиях, а во-вторых, с действием принципа эколого-географического максимума видов. Согласно этому принципу для нормального функционирования любой экосистемы в ней должно существовать столько и таких видов, сколько и каких необходимо для максимального использования приходящей энергии и обеспечения круговорота веществ.

В свою очередь, климатические факторы (температура и влажность), количество приходящей энергии тесно связаны с территориальным размещением экосистем, близостью к полюсам или экватору, с рельефом местности. Специфика климатических условий и определяет развитие того или иного биома, т. е. крупного экосистемного подразделения в пределах той или иной природно-климатической зоны. Обычно выделяют такие биомы, как леса умеренного пояса, степи, пустыни, хвойные леса, тундры, саванны и тропические леса. В областях контактов двух биомов образуются переходные полосы — лесотундра, полупустыни. Понятие экосистемы весьма широкое. Выделяют микоэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, река, пруд) и макроэкосистемы (море, тундра, пустыня).

Обитателям биосферы жизненно необходимо сохранить ее целостность. А чтобы сохранить целостность биосферы, нужно знать, как она функционирует. В каждой экосистеме есть два основных компонента: организмы, с одной стороны, и факторы окружающей их неживой природы — с другой. Всю совокупность организмов, состоящую из растений, животных и микробов, называют биотой (от лат. "био" — жизнь). Пути взаимодействия различных категорий организмов системы составляют ее биотическую структуру.

Несмотря на огромное разнообразие экосистем — от тропических лесов до тундры, — с точки зрения экологии всем им свойственна примерно одинаковая биотическая структура. Другими словами, все они включают одни и те же основные категории организмов, взаимодействующих друг с другом стереотипным образом: продуценты, консументы, детритофаги и редуценты.

Продуценты — это в основном растения (производители). Они потребляют излишки углекислого газа, образующегося в процессе жизнедеятельности, и снабжают животных и большинство микроорганизмов пищей и кислородом.

Консументы — (потребители) питаются живыми "телами" растений. Это самые разнообразные организмы — от микроскопических бактерий до громадных синих китов. К ним относятся такие непохожие друг на друга существа, как простейшие, черви, рыбы, моллюски, насекомые и прочие членистоногие, пресмыкающиеся, птицы и, наконец, млекопитающие, включая человека. В результате пищеварительного процесса в телах консументов осуществляется первичное измельчение и разложение органики, облегчающее деятельность редуцентов.

Детритофаги и редуценты. Мертвые растительные и Животные останки (например, опавшие листья, трава) называют детритом. Существует множество организмов, которые питаются детритом, например грифы, раки, муравьи. Их называют детритофагами. Грибы и бактерии за их специфичность выделяют в особую подгруппу детритофагов и называют редуцентами. Редуценты восстанавливают неорганические вещества (азот, фосфор, воду).

Наблюдаемый в наше время экологический кризис — это в первую очередь кризис редуцентов, не справляющихся с количеством и качественным составом образующихся отходов человеческой деятельности.

Однако и продуцентам, и консументам тоже приходится нелегко. Люди истребляют их как прямо — вырубая леса или отстреливая животных сверх их возможности к восстановлению, так и косвенно — через загрязнение воды, почвы и воздуха.

За миллиарды лет развития природа для каждого продуцента и консумента создала своего редуцента, и ни один организм в естественных условиях не остается неразложившимся. Но человек за несколько десятилетий создал тысячи новых соединений, природе не известных или отвергнутых ею в ходе эволюции как опасных для жизнедеятельности организмов. Соответственно и редуцентов, способных вернуть эти соединения в исходное состояние, в природе не существует. В результате, с одной стороны, быстро накапливаются захламляющие и отравляющие природу вещества, а с другой — истощаются исходные ресурсы. Круг, созданием которого природа обеспечила возможность относительно бесконечной дальнейшей эволюции живого вещества, размыкается человеком.

Человек, воздействуя на какой-либо один компонент природы, например, вырубая деревья, тем самым влияет на весь биогеоценоз леса, нарушая происходящий в нем круговорот веществ, без которого количество питательных веществ и энергии быстро иссякнет.

В процессе управления природопользованием важно правильно установить границы экологических систем. Например, в экосистему реки входит не только она сама, но и весь бассейн ее водосбора или стока. Поэтому деятельность, направленная на охрану реки от обмеления и загрязнения, должна распространяться на охрану верховых болот, мелких притоков, прибрежной растительности.

Сообщество взаимодействующих живых организмов, состоящее из продуцентов, консументов и редуцентов, называется биоценозом. Территория с присущими ей факторами, занятая определенным биоценозом, называется биотопом. Биоценоз представлен приспособленными друг к другу растительностью, животными и микроорганизмами. Совокупность биотопа и биоценоза составляет биогеоценоз.

Биогеоценоз — это один из вариантов экосистемы.

Между экосистемами, как и между биогеоценозами, обычно нет четких границ, и одна экосистема постепенно переходит в другую.

В таких зонах животные и растения обоих биомов переплетаются и находятся на пределе своих приспособительных возможностей. Поэтому человек должен быть особенно осторожен в своей деятельности в этих районах.

В нормальном состоянии любой экосистеме присуще устойчивое состояние, называемое гомеостазом, характеризующееся динамическим равновесием между рождаемостью и смертностью, потреблением и освобождением вещества и энергии. Например, если в системе "олень—волк" численность оленя растет, то за счет этого и волк может увеличить свою численность, не давая оленям слишком быстро размножиться и истребить слишком большое количество растений-продуцентов.