Экологические основы природопользования


СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году



М.В. Гальперин

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
УЧЕБНИК

2-е издание, исправленное

Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов учреждений среднего профессионального образования




Электронно
znanium.com

Москва ИНФРА-М 2021

УДК 504(075.32)
ББК 20.18я723
      Г17



      Рецензенты:
         Соколов В.В., кандидат физико-математических наук, директор Московского государственного техникума технологии, экономики и права имени Л.Б. Красина;
         Семенов С.М., доктор физико-математических наук, профессор, заместитель директора по научной работе Института глобального климата и экологии Росгидромета и Российской академии наук

      Гальперин М.В.
Г17 Экологические основы природопользования : учебник / М.В. Гальперин. — 2-е изд., испр. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 256 с. — (Среднее профессиональное образование).

         ISBN 978-5-16-016287-4 (print)
         ISBN 978-5-16-108595-0 (online)

         Учебник содержит базовые сведения по экологии и рациональному использованию природных ресурсов. Рассмотрены основные законы экологии и типы экологических систем, история образования современной биосферы, энергетические, материальные и информационные потоки в биосфере. Приведены подробные сведения о загрязнении окружающей природной среды, механизмах распространения и воздействии загрязняющих веществ на живые организмы и климат. Особое внимание уделено природоресурсному потенциалу Земли и его сохранению, принципам и методам рационального природопользования, экологическому мониторингу и регулированию, концепции и условиям устойчивого развития системы «цивилизация — биосфера» и международному сотрудничеству в области охраны природы и природопользования.
         В учебник включен справочный материал, необходимый для понимания масштабов изучаемых явлений и дающий возможность широкому кругу читателей найти в книге ответы на наиболее часто встречающиеся вопросы, связанные с охраной окружающей среды.
         Для студентов средних профессиональных учебных заведений, вузов, учащихся общеобразовательных школ и колледжей с углубленным изучением биологии и экономики, а также широкого круга читателей.

УДК 504(075.32)
ББК 20.18я723






ISBN 978-5-16-016287-4 (print)
ISBN 978-5-16-108595-0 (online)


© Гальперин М.В., 2016

                                                Блаженны кроткие, ибо они наследуют Землю.
Евангелие от Матфея, 5:5
                                                Всё связано со всем.
                                                Всё должно куда-то деваться.
                                                Природа знает лучше.
                                                Ничто не даётся даром.
Барри Коммонер.
«Замыкающийся круг»



            Предисловие



   Защита окружающей природной среды от деградации и загрязнения стала в настоящее время ключевой проблемой как для общества в целом, так и для каждой отдельной семьи. Явный дефицит соответствующих знаний у большинства граждан приводит к неприемлемым крайностям. С одной стороны, часто наблюдается полное пренебрежение к экологической безопасности, с другой — преувеличенный страх и необоснованное отрицательное отношение ко многим видам производственной деятельности. Эти две негативные тенденции успешно питают друг друга в обществе. Вместе с тем многие факторы в быту и производстве, представляющие действительно серьёзную угрозу для природных экосистем и здоровья людей, остаются вне поля зрения и граждан, и администрации.
   Многие из тех, кто публично выступает по проблемам охраны окружающей среды, проявляют полную неосведомлённость в этих вопросах и просто непонимание значения употребляемых ими слов. Очень характерный пример: употребление слова «экология» в значении «состояние окружающей среды». Можно, например, услышать: «У нас в городе плохая экология». Тот, кто так говорит, по-видимому, считает, что в городе плохая математика, если покупателя обсчитывают на рынке. Другой пример: даже в официальных документах можно встретить странный способ измерять уровень загрязнения тоннами выброса загрязняющих веществ независимо от их природы. Но выброс из заводской трубы одной тонны сернистого газа или диоксида азота практически не будет иметь значения, тогда как выброс одной тонны диоксина есть тяжелейшая экологическая катастрофа. По

Предисловие

токсическому действию диоксин превосходит сернистый газ примерно в 100 миллионов раз!
   Подобное положение приводит не только к неоправданным конфликтам в обществе, но и наносит прямой ущерб экономике и окружающей природной среде.
   Только экологическое образование, включающее основы рационального природопользования, и развитие системного экологического мировоззрения может помочь радикально решить эту проблему в долгосрочной перспективе. Данная книга — попытка способствовать достижению этой цели.
   Термин «природопользование» имеет два значения. Во-первых, под природопользованием подразумевается процесс использования природных ресурсов человеческим обществом. Во-вторых, это системная научная дисциплина, изучающая воздействие человеческой деятельности на природные ресурсы и разрабатывающая методы их защиты от истощения и деградации.
   Любая человеческая деятельность связана с эксплуатацией природных ресурсов. И подобно тому как для строительства кораблей необходимо знание закона Архимеда, а для проектирования электрических машин — закона Ома, грамотное природопользование требует знания законов, по которым действуют природные системы. Эти законы изучает экология, которая в наше время из отрасли классической биологии превратилась в самостоятельную науку, изучающую системные связи не только внутри природных комплексов, но и между природой и человеческой цивилизацией. Поэтому первая часть данной книги содержит необходимый минимум сведений по экологии и природным процессам в оболочках Земли.
   Вторая часть книги посвящена собственно природопользованию, а именно тем ресурсам, которые Земля предоставила человеку, негативным воздействиям, которые человек оказывает на них, и возможностям гармонизации взаимоотношений человека и среды его обитания.
   В книгу включён определённый объём справочного материала. Во-первых, это сделано, чтобы дать учащимся или читателям конкретное представление о порядках величин, характеризующих изучаемые явления. Во-вторых, это даёт возможность использовать книгу как справочное издание по наиболее часто встречающимся на практике вопросам, связанным с охраной окружающей среды. Следует, однако, помнить, что юридическое

Предисловие

5

значение имеют только официальные документы и приведённые в них нормативы.
   Для чтения книги достаточно знаний по химии, физике, биологии, географии и математике в объёме 9 классов средней школы.
   Приведённый список литературы включает два раздела. В первом помещены данные общеобразовательных книг и учебников, которые автору показались наиболее квалифицированно и интересно написанными. Этот список неизбежно неполон и субъективен. Во втором разделе указаны основные научные издания, к которым автор обращался при подготовке данной книги и в которых можно найти подробные сведения по рассматриваемым проблемам.
   Замысел книги возник у автора в результате обсуждения учебных программ с Т. Н. Синиловой. Написание и подготовка книги к изданию были бы невозможны без активной помощи В. В. Соколова и терпеливой поддержки Л. В. Трофимовской. Советы и замечания научного редактора книги Т. Г. Лапердиной трудно переоценить. Всем им автор выражает свою искреннюю признательность.
   Автор весьма благодарен профессору Е. Л. Гениховичу (Главная Геофизическая Обсерватория, Санкт-Петербург), профессору Д. Сиракову (Болгарская Академия наук) и доценту М. П. Панину (Московский инженерно-физический институт), которые взяли на себя труд прочитать первое издание и указать на несколько досадных погрешностей.


М. Гальперин

                ЧАСТЬ I


                ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ






            Глава 1
            Основные понятия и законы


                                 Можно поймать рыбу на червя, который поел короля, и поесть рыбы, которая питалась этим червём: так король способен совершить путешествие по кишкам нищего.
Вильям Шекспир. «Гамлет»
                                 Покоя нет, есть только равновесье, Но в равновесье — противоупор: Так две стены, упавши друг на друга, Единый образуют свод.
                                           Максимилиан Волошин. «Путями Каина»



        1.1. Предмет экологии

   Идея единства живых организмов со средой их обитания и необходимости гармоничного сосуществования человека и природы отчётливо прослеживается уже в самых древних религиях и законах. Однако на заре Нового времени, в эпоху Возрождения, возобладало представление о бесконечном могуществе человека — «царя природы», который имеет возможность и право неограниченной и бездумной эксплуатации природных ресурсов. Соответственно в XVI—XVIII веках объекты природы стремились, как правило, рассматривать независимо друг от друга и исключительно с точки зрения их возможной эксплуатации, хотя целый ряд экологических по своей сути закономерностей и

Глава 1. Основные понятия и законы

7

быё установлен в эту эпоху. Только в конце XIX века наука вернулась к идее целостности природных комплексов. Это было непосредственно связано с работами Чарльза Дарвина по теории естественного отбора. Так как движущей силой отбора и эволюции является воздействие среды обитания на биологические виды и популяции, возникла объективная необходимость выделения экологии как части биологии, изучающей взаимодействие живых организмов с их средой обитания. Сам термин «экология» можно перевести с греческого буквально как «домоведе-ние», и его впервые ввёл в употребление в книге «Общая морфология организма» (1866) немецкий биолог-эволюционист Эрнст Геккель (Haeckel, 1834—1919).
   Со временем стало ясно, что предметом экологии должны быть не только биологические объекты, но и вся природная среда в совокупности. Основоположник современной геохимии и учения о биосфере Владимир Иванович Вернадский (1863—1945) первый указал на то, что живые организмы не только приспосабливаются в процессе биологической эволюции к природным условиям, но и сами в свою очередь очень сильно влияют на формирование геологического и геохимического облика Земли.
   Экология стала наукой об экологических системах — экосистемах. Экосистема есть связанная совокупность всех живых организмов и их неживого окружения в некоторых пространственных пределах.
   В экологии, также как и в других системных науках (например, в экономике), главное внимание уделяется не внутренним свойствам элементов системы, а связям между этими элементами и поведению системы в целом. Экономиста, вообще говоря, не интересуют подробности технологии производства материалов или энергии. Экономист исследует их потоки и связанное с ними денежное обращение. Точно так же эколог изучает взаимодействие между биологическими объектами и элементами природной среды нашей планеты или какой-то её части и потоки вещества и энергии в экосистемах.
   Понятие экосистемы в определенных пределах безразмерно. Самая крупная известная нам экосистема — глобальная экосистема Земли — биосфера. В неё входят экосистемы отдельных океанов, материков и внутриконтинентальных морей. Внутри этих экосистем в свою очередь можно выделить экосистемы отдельных регионов и далее продолжить этот процесс вплоть до уровня отдельных организмов, некоторые из которых также мо

Часть I. Введение в экологию

гут рассматриваться в качестве экосистем (например, крупные деревья тропических лесов служат «домом» для огромного числа микроорганизмов, растений-паразитов, насекомых, птиц и других живых существ).
   Таким образом, экосистемы разного уровня образуют иерархическую структуру (рис. 1.1). Особенно важным структурным уровнем в ней является биогеоценоз — система, состоящая из сообщества живых организмов (биота) и его абиотического окружения на ограниченном участке земной поверхности с однородными условиями (биотоп). Ещё в конце XIX века один из основоположников современного почвоведения и агрономии Василий Васильевич Докучаев (1846—1903) придавал особое значение представлению о биоценозе как сообществе живых организмов, сосуществующих на некоторой местности. Это понятие было расширено до биогеоценоза в 1944 г. Владимиром Николаевичем Сукачёвым (1880—1967).
   При изучении любой системы возникает естественная необходимость указать её границы, то есть рассматривать её как изолированную . Как правило, это противоречит требованию учесть



Рис. 1.1. Иерархическая структура биосферы. На нижнем уровне находятся биогеоценозы, в состав каждого из которых входят биотоп и взаимодействующие друг с другом популяции живых организмов, образующие сообщество (биоту)

Глава 1. Основные понятия и законы

9

все существенные связи системы с необходимой полнотой. Любая система, в том числе экологическая, связана с внешним миром потоками вещества, энергии и информации, то есть является открытой системой. Иногда эти потоки пренебрежимо малы — это большая удача для исследователя. Но обычно приходится задавать эти потоки как параметры самой системы или граничные условия и тогда уже можно анализировать её как изолированную. Так, например, исследуя биосферу в целом, мы прежде всего задаём на её внешних границах потоки солнечной энергии и космических частиц, косвенно принимаем во внимание вращение Земли и наклон её оси, так как они вызывают смену дня и ночи и времён года, и учитываем внешние гравитационные поля (Солнца и Луны) как факторы, вызывающие океанские приливы и отливы.
    На уровне биогеоценозов проблема границ может быть связана, в частности, с миграцией отдельных видов. Например, аисты и ласточки в силу своей прожорливости могут играть существенную роль одновременно в экосистемах Европы и Южной Азии или Африки, где они зимуют. Таким образом, серьезные изменения условий в местах обитания этих видов в Европе могут самым неожиданным образом повлиять на весьма удаленные биогеоценозы южных стран и наоборот.
    При оценке степени влияния какого-либо фактора на экосистему огромную роль играет масштаб времени. Например, медленный дрейф материков (тектоника плит), меняющий облик Земли на протяжении миллионов лет, можно не принимать во внимание при анализе современного состояния биосферы, но он имеет важнейшее значение в истории её развития. Вместе с тем связанная с тектоникой плит вулканическая деятельность постоянно оказывает решающее влияние на многие экосистемы, а огромные выбросы пыли в верхние слои атмосферы при катастрофических извержениях вулканов вызывают глобальные изменения погодных условий на протяжении нескольких месяцев или лет.
    Практически все современные экосистемы в той или иной степени испытали воздействие человека. Значительная часть континентальных экосистем — сельскохозяйственные угодья, города и индустриальные регионы, лесопосадки — целенаправленно и искусственно создана человеком и в большинстве случаев продолжает существовать только благодаря его усилиям. Такие экосистемы называют антропогенными (буквально — рож

Часть I. Введение в экологию

денными человеком) в отличие от природных экосистем, на которые человек влияет непреднамеренно. К последним, конечно, следует относить и природные заповедники, хотя человек и вынужден защищать их от самого себя.
    Человеческая цивилизация воздействует на природные экосистемы самым различным образом и, как правило, негативно:

    • изымает у природных экосистем территорию и ресурсы (например, пресную воду), зачастую не с целью их эксплуатации, а просто в результате механического и химического загрязнения (мусор, твердые и жидкие отходы производства);
    • непосредственно эксплуатирует их в качестве так называемых возобновимых природных ресурсов (сплошная рубка лесов, хищнические приёмы охоты и рыболовства);
    • способствует разрушению почв, их эрозии и опустыниванию;
    • преднамеренно и непреднамеренно изменяет видовой состав биоты;
    • изменяет химический состав атмосферного воздуха, воды и почв (попросту говоря, их химически загрязняет), причем часто вносит в природную среду весьма опасные и ядовитые для всего живого, в том числе и человека, вещества;
    • создаёт опасные физические и физико-химические факторы, перед которыми биота практически беззащитна (радиоактивное загрязнение!).

    Этот список можно расширять и уточнять почти бесконечно. Принципиальным является то обстоятельство, что вследствие разнообразия факторов, действующих на экосистемы и внутри них, современная экология перестала быть сугубо биологической дисциплиной. В круг её задач вошло исследование потоков вещества, энергии и информации, не только природных, но и порожденных технологической и экономической деятельностью человечества, а одной из важнейших целей экологии стало определение условий экологической безопасности. Соответственно экология использует сведения и методы не только биологических наук, но и физики, химии, геологии, геофизики, метеорологии и климатологии с широким привлечением математического аппарата, зачастую весьма изощрённого.