Экология


ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - БАКАЛАВРИАТ

серия основана в 1 996 г.




А.Д. ПОТАПОВ





                ЭКОЛОГИЯ





            УЧЕБНИК



2-е издание, исправленное и дополненное





                 Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство» (квалификация (степень) «бакалавр»)



Электронно-

znanium.com
Москва ИНФРА-М 2022

   ФЗ    Издание не подлежит маркировке   
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

УДК 574(075.8) ББК 20.1я73
      П64

      Рецензенты:
          кафедра экологического строительства и городского хозяйства Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии (зав. кафедрой, проф. В.Ф. Сидоренко); вице-президент Академии промышленной экологии, проф. Е.М. Марченко

      Потапов А.Д.
П64 Экология : учебник / А.Д. Потапов. — 2-е изд., испр. и доп.— Москва : ИНФРА-М, 2022. — 528 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).
         ISBN 978-5-16-010409-6 (print)
         ISBN 978-5-16-102384-6 (online)
          В учебнике рассмотрены основные закономерности экологии как науки о взаимодействии живых организмов со средой их жизнеобитания. Изложены главные принципы геоэкологии как науки о главных жизнеобеспечивающих геосферах: атмосфере, литосфере, гидросфере и основных абиотических факторах, влияющих на качество окружающей среды. Приведены необходимые сведения из биологии, физиологии животных, растений, микроорганизмов. Рассмотрены современные проблемы взаимодействия человека с окружающей средой и главные тенденции развития человечества с экологических позиций. Показаны причины и характер проявления различных антропогенных воздействий на природную среду, различные экосистемы, абиотические и биотические факторы среды. Рассмотрены главные подходы к формированию экологического строительства; оценены главные факторы, определяющие принятие проектных решений в различных геоэкологических обстановках. Приведены данные о конкретных экологически адекватных строительных проектах.
          Для студентов строительных и архитектурных вузов и факультетов. Может быть полезен преподавателям и специалистам-строителям.

УДК 574(075.8)
ББК 20.1я73
ISBN 978-5-16-010409-6 (print)   © Потапов А.Д., 2004
ISBN 978-5-16-102384-6 (online)  © Потапов А.Д., 2015, с изменениями

Подписано в печать 12.09.2022.
Формат 60x90/16. Бумага офсетная.
Гарнитура Newton. Печать цифровая.
Усл. печ. л. 33,0. ППТ20. Заказ № 00000


ТК 318400-1904027-250215

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр.1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru           http://www.infra-m.ru


Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

                                      Зона она всегда такая, какой мы ее сейчас видим. Здесь не возвращаются тем путем, которым сюда попали.

А. Стругацкий, Б. Стругацкий. Сталкер.


                                                Quo vadis?

Евангелие от Иоанна




        Предисловие


   Изучение экологии в настоящее время обусловлено образовательными стандартами общего и высшего образования. В настоящие годы появилось значительное число учебной литературы для разных уровней образования. В высшей школе изданные учебники и учебные пособия по общей экологии ориентированы на различные направления подготовки дипломированных специалистов, бакалавров и магистров: биологические, медицинские, педагогические, технические. Вышли в свет специальные учебники, посвященные различным направлениям цикла экологических наук, а также издания по прикладной экологии.
   Кроме учебной литературы по экологии широкое распространение получила научно-популярная литература, справочные пособия, словари и т. п. К сожалению, много публикаций, особенно в журналах и небольших по объему пособиях, которые недостаточно хорошо прорецензированы и излагают околонаучные рассуждения на экологическую тему, что на взгляд автора недопустимо.
   В то же время необходимость насыщения экологического учебно-информационного пространства высшего научного уровня не только сохраняется, но и требует активизации, что объясняется возрастающей значимостью усугубляющихся негативных экологических проблем в современной среде жизнеобитания человека.
   Медленно с переменным успехом протекает экологизация различных видов инженерного образования. Действующее поколение государственных образовательных стандартов и примерные учебные планы подготовки инженеров-строителей всех специальностей предусматривают курс «Экология» в цикле естественнонаучных дисциплин. Но объем данного курса вновь претерпел существенное уменьшение, и это на фоне исключительно недостаточной общей природоведческой подготовки современного студенчества. Дисциплина «Экология» обеспечена новой утвержденной в установленном порядке примерной учебной программой, и следует отметить, что достаточно успешно преподается в строительных вузах России, несмотря на имеющийся дефицит квалифицированных преподавателей.

3

   Основной целью автора при создании учебника было утвердить вас в мысли, что среда, в которой сейчас обитает человек, была создана задолго до его появления в результате не только планетарных процессов в главных жизнеобеспечивающих геосферных оболочках в неживой природе, но и благодаря деятельности живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Нынешнее, далеко неблагополучное состояние окружающей среды постоянно требует изменения подхода человека к ее использованию. Необходимо сбережение среды обитания, и оно возможно только при непременном условии сохранения всего разнообразия жизни.
   Современная среда обитания и жизнь на Земле в известных нам формах порождены живыми организмами, жившими во многих геологических эпохах и вследствие этого они же являются и условиями продолжения жизни. Автор полностью согласен с утверждением ряда специалистов, что неверным является гуманный на первый взгляд тезис, провозглашенный человеком: «<...> все окружающие существа — братья наши меньшие, что предполагает учить их уму разуму <...>».Но человек в мире, если даже считать, что он — «вершина жизни (?!)» на Земле — самый младший брат, хотя и щедро наделенный старшими братьями разумом и невиданной силой. Младший без старших не проживет и нескольких дней. Человек должен, наконец, осознать, что ему и прежде всего ему есть чему учиться у братьев старших, если не у каждого в отдельности, то уж у коллективного разума обязательно.
   Исходя из этого следует, что если живые организмы сформировали современную среду, им же принадлежит первостепенная роль в нейтрализации тех воздействий на среду, которые происходили и происходят по различным причинам и прежде всего в результате техногенеза.
   Второе издание данного учебника (1-е — в 2000 г.), который был создан на базе опыта более чем 20-летнего преподавания авторских экологических курсов на нескольких специальностях в Московском государственном строительном университете, претерпело определенную переработку в своем содержании и дополнено новыми данными по состоянию окружающей среды на нашей планете, в том числе и в нашей стране.
   Опыт практической работы на уровне авторских курсов, а затем при наличии первого издания учебника «Экология» и серии учебно-методических пособий внутривузовского издания показали, что студенты архитектурно-строительных, да и других инженерных вузов имеют четкую техническую ориентированность и достаточно легко справляются с решением проектно-конструкторских, расчетных, технологических задач; обладают хорошим пространственным мышлением. Вместе с тем для них иногда затруднительно осмысление общих природоведческих проблем, связанных с их специальностью.

4

Это отнюдь не ущербность, просто студенты архитектурно-строительных вузов другие по своей ментальности, нежели биологи, медики, педагоги. Для студентов инженерных вузов, в том числе и строительных, выявлен явный недостаток знаний из цикла природоведческих дисциплин средней школы, а главное — полная разрозненность приобретенных сведений о природной среде.
   К сожалению, разрозненность получаемых знаний из различных дисциплин сохраняется и в рамках обучения в вузе, особенно между специальными дисциплинами, естественными науками и прежде всего с науками о Земле.
   Нарастание экологических проблем на нашей планете происходит не без участия строительства, и надо сказать, что часть этих проблем могла быть существенно уменьшена, а иногда и не возникла бы вообще, если бы инженеры-строители лучше понимали, что происходит с природной средой при строительном освоении, и использовали в своей деятельности знаменитое: «Не навреди».
   Но обеспечение экологической безопасности возможно лишь на путях экологизации строительства, в котором важнейшую роль играет экологическое образование.
   Первый известный автору опыт создания и практического использования первого издания учебника для подготовки инженеров-строителей показал его востребованность, а также необходимость дальнейшего совершенствования содержания, а главное — направленности в область строительства.
   И первое, и второе издания учебника «Экология» в полной мере отвечают примерной учебной программе одноименной дисциплины для студентов строительных групп. Изложенный в учебнике материал направлен на формирование у студентов экологического научного мировоззрения; представлений о человеке как неотъемлемой части природы, а не главенствующего в ней элемента; о единстве и неразрывности всего живого и невозможности выживания человечества в условиях развивающегося экологического кризиса без восстановления и сохранения биосферы; способствование пересмотру господствующего антропоцентризма и переходу к идеологии биоцентризма, освоению философских аспектов ноосферологии, концепции поддерживающего (устойчивого) развития человечества в единстве с биосферой. Учебный материал предполагает возможность получения знаний для грамотного восприятия явлений, связанных с жизнью человека в природной и созданной техногенной среде, включая его непосредственную профессиональную, строительную деятельность.

5

   Целью изучения материала учебника является освоение и понимание законов формирования окружающей среды и изменений, происходящих в ней при техногенезе. На основании этих законов возможно приобретение знаний и умений в обеспечении взаимодействия создаваемых строителями сооружений с природной средой, с минимальным ущербом для нее по возможности экологично, а также проектирование и возведение сооружений для защиты природной среды от негативных антропогенных воздействий.
   Книга построена по принципу рассмотрения главных жизнеобеспечивающих геосферных оболочек — предмета геоэкологии; краткого очерка о «живом веществе» (живых организмах) — предмета биологии, нахождения живого вещества в геосферах, формирования биосферы и законов ее функционирования, иерархии «живого вещества»; взаимоотношений и взаимообусловленности между «живым» и «неживым», «живым» и «живым» с постепенным переходом к оценке воздействий человека на окружающую среду и их последствий.
   Автор не ставил себе целью написания учебника «по строительной экологии», так как считает непродуктивной саму идею прикладных (технических) «экологий» и подобных им учебников. Учебник составлен как «экология для строителей», и опыт использования первого издания показал правильность такого подхода.
   В период подготовки первого издания, а затем переработки и обновления материала для второго издания учебника большую помощь оказали профессора С.Н. Чернышев, В.И. Теличенко, (Б.А. Пермяков|, Ю.В. Кононович, В.В. Волшаник, В.Н. Ткачев, Ю.Д. Чистов, которым автор выражает глубокую признательность. Замечания и предложения рецензентов профессоров В.Ф. Сидоренко и Е. М. Марченко, а также академика В.И. Осипова, проф. В.Т. Трофимова, проф. В.М. Кутепова, проф. В.А. Зубакова, с благодарностью принятые автором, позволили существенно улучшить содержание книги.
   Автор благодарит за помощь инженеров А.В. Манько и И.О. Богомолову. Особая благодарность старшему преподавателю кафедры «Инженерная геология и геоэкология» МГСУ Т.Г. Богомоловой, которая проделала большую работу по подготовке рукописи учебника и заново разработала и дополнила главы 17 и 21.
   Второе издание учебника не является абсолютно полным и подробным, оно не лишено неточностей и недостатков, ряд высказываний и предложений могут быть дискуссионными. Автор будет благодарен за любые отклики, замечания и предложения и ждет их по адресу: 129337,Москва, Ярославское ш., 26, МГСУ, кафедра «Инженерной геологии и геоэкологии» или по e-mail: umu-potapov @ mail.ru или e-mail: kanz @ mgsu.ru.
Автор

6

                                    Нельзя отложить заботу о вечном и великом на то время, когда будет достигнута для всех возможность удовлетворения всех элементарных нужд.
В. И. Вернадский




    ВВЕДЕНИЕ

   При современном состоянии технической вооруженности человечества, уровне развития производственных отношений и производительных сил в мировом сообществе, росте численности населения Земли, нарастающей урбанизации, распространении стереотипа общества потребления — масштабы изъятия природных ресурсов, степень воздействия и загрязнения окружающего мира стали опасны для самого человечества. Происходит изменение исторически сложившейся среды обитания, к которой за долгие годы эволюции человек генетически адаптирован. Вполне реальной и весьма близкой перспективой становится исчерпание ряда естественных природных ресурсов Земли, определяющих устойчивое функционирование биосферы как глобальной экосистемы, а сама биосфера все более теряет способность к ассимиляции отходов производственно-хозяйственной и социокультурной деятельности.
   В настоящее время антропогенная нагрузка на биосферу проявилась исключительно в негативном виде, именно в экологическом кризисе, выражающемся в итоге от совместного действия «перенаселения» планеты (более 6 млрд чел., из которых более 4 млрд чел. живут в развивающихся странах и отнюдь не в полном комфорте) и «перепо-требления» продукции биоты особенно в постиндустриальных и индустриальных странах, в увеличении антропогенного пресса, уменьшении биоразнообразия и других потерях биосферы (рис. 1).
   Современное состояние естественных наук во многом определяется насущностью проблем, которые возникают по мере развития человеческого общества. Главнейшей макросилой, диктующей состояние общественного развития, является рост численности человечества. По данным В.В. Клименко и А.В. Клименко население Земли с 1800 по 2100 г. увеличится более чем в десять раз (табл. 1).


Таблица 1

       Годы         1800 1900 1950 1990 1995 2000 2050 2100 
Население, млн чел. 906  1617 2515 5328 5630 6500 9830 10880

   Темпы роста населения мира таковы, что при росте 1 % через 330 лет население будет в 1000 раз больше, т. е. более 6 трлн человек, а при росте 2 % эта цифра будет достигнута через 150 лет.


7

Рис. 1. Динамика общей численности населения России и численности городского населения (В.И. Осипов, 2000)

   Даже не рассматривая глубоко проблематику обеспечения продуктами питания такого колоссального числа людей, не говоря уже о других живых организмах, только технологическая составляющая деятельности человечества может привести к катастрофическому состоянию окружающей среды с последующим вымиранием большей части человеческой популяции.
   Численность человечества стала основным источником нарушения гомеостаза биосферы и возможным способом самоуничтожения. Совершенно очевидно, что она должна быть сознательно ограничена. Многие специалисты разработали целый ряд сценариев прироста населения, и ни один из них не оптимистичен.
   В Новом Завете сказано: «Плодитесь и размножайтесь пока не заполните Землю свою». Это отнюдь не беспредельный рост числа людей, а то именно число, при котором гомеостаз биосферы сохранится,

8

пусть даже за счет управляющих действий человечества, Коллективным Разумом. «В том обществе, которое войдет в XXI век, нужны дети, всесторонне подготовленные к жизни среди того огромного количества технологий, которыми овладел человек. Они требуют длительной и тщательной подготовки и гораздо больше любви и уважения, чем получают в настоящее время. Это возможно только при уменьшении числа детей в семье. Поэтому необходимо сознательное ускорение этого процесса не только ради выживания, но и ради общего будущего следующих поколений» (В.И. Данилов-Да-нильян). В целом решение лежит в простой по форме, но труднореализуемой проблеме: коэволюционное развитие человечества и биосферы.
   Как видно из приведенного, важнейшую роль в формировании глобального экологического кризиса играет социально-технологическая составляющая развития современного общества и биосферы, его обеспечивающей.
   Само понятие глобального экологического кризиса не является для Земли чем-то исключительно новым. Первый состоялся в прери-фейское время (около 1,8 млрд лет тому назад), когда на смену архе-бактериям и эубактериям в сфере жизни появились автотрофные цианобактерии. В результате этого кризиса атмосфера превратилась из восстановительной в окислительную, а на Земле стали развиваться эукариоты, способные дышать кислородом и генетически мутировать. Второй доказанный кризис был приурочен к завершению мезолита, когда в результате резкого потепления в межледниковье и исчерпания мамонтовой фауны и крупных копытных как главного источника пищи человека необходимо было найти выход, и он был найден в переходе к природопокорительству — земледелию, оседлости, пастбищному скотоводству. Кризис этот квазиглобальный, так как он разразился только относительно человеческой популяции, хотя его последствия во многом заложили предпосылку к современному экологическому кризису. Сама же предпосылка выразилась в счастливом спасении человека.
   Последствиями выхода из экологических кризисов на Земле были либо биологические потери (гибель архебактерий), либо изменения в идеологии взаимодействия человека с окружающим миром. Проведенное мировым научным сообществом теоретико-практическое изучение ситуации показало, что глобальное, тотальное, распространение модели развития, реализующейся в ведущих постиндустриальных странах, неминуемо приведет к фатальной деградации вплоть до уничтожения биосферы. В качестве альтернативы была выдвинута концепция устойчивого развития цивилизации, которая исходит из учета взаимосвязи социально-экономического развития и исторически эволюционно сложившихся экологических систем. Основные

9

положения концепции устойчивого развития изложены в документах, принятых на всемирном экологическом форуме в Рио-де-Жанейро в 1992 г. Тогда первые лица более чем 190 стран мира приняли «Повестку дня на XXI век», в которой изложены основные идеи противодействия развивающемуся экологическому кризису К этому общецивилизационному пути развития присоединилась и Россия, о чем свидетельствует Указ Президента РФ № 440 от 1.04.96 г. «О концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию» и соответствующее постановление правительства России. Такой подход связан по существу с реализацией стратегии биосферосовместимости человеческой деятельности, при которой социально-экономический прогресс выполнял бы природосберегающие функции.
   Концепция устойчивого (а точнее — поддерживающего) развития в определенном и весьма близком смысле соотносится с ноосферной идеологией. Именно ноосферный смысл поддерживающего развития объясняет возможность выхода из кризисного состояния. Хотя именно в последние 3—4 года появились значительные работы противников “sustainable development”, специалистов в области экономических основ модели развития человечества, которые показывают, что экономически поддерживающее развитие невозможно для все более увеличивающейся человеческой популяции, а только, к сожалению, лишь для небольшой ее части (В.А. Зубаков, 2002). Здесь следует особо подчеркнуть биоцентристскую сущность ноосферной идеологии в противовес той антропоцентристской, которая в неолите увела человечество строковой черты вымирания. Природопокорительство обязано смениться неоанимистской философией (идеологией), где Душа должна объединиться с Разумом, в чем так убеждает и не без оснований акад. Н.Н. Моисеев.
   Поддерживающее развитие возможно на базе формирования нового качества — единение общества с коллективным Разумом и Душой. Именно такой смысл может преодолеть скепсис о невозможности войти в устойчивое развитие более 4 млрд чел. Этот скепсис вызвал в свое время принятие «Декларации людей Земли», где представители почти 140 стран мира заявили, что устойчивое развитие — это идеология сегрегационного, колониалистского мира, так как лишь один «золотой» миллиард человек будет жить вне экологических проблем за счет остального мира. Но если время Души и Разума наступит для «экосистемы Земля», то оно коснется всех его компонентов, в том числе и всех людей на Земле. Представляется, что наступил момент единения всей духовности Земли, и силами, умениями, знаниями, накопленными и создаваемыми человечеством в науке, философии, религии, возможно формирование единого для всех людей мира нового мировоззрения с сутью «Биосфера Земли — Дом человечества».

10