§ 87. Влияние загрязнений на живые организмы

1. Какие загрязнения окружающей среды вам известны?

Ответ. Загрязнение окружающей среды — это нежелательное изменение ее свойств, которое приводит или может привести к вредному воздействию на человека или природные комплексы. Наиболее известный вид загрязнения — химическое (поступление в окружающую среду вредных веществ и соединений), но не меньшую потенциальную угрозу несут и такие виды загрязнений, как радиоактивное, тепловое (неконтролируемый выброс тепла в окружающую среду может привести к глобальным изменениям климата природы), шумовое. В основном загрязнение окружающей среды связано с хозяйственной деятельностью человека (антропогенное загрязнение окружающей среды), однако возможно загрязнение в результате природных явлений, например извержений вулканов, землетрясений, падения метеоритов и др. Загрязнению подвергаются все оболочки Земли.

Литосфера (а также почвенный покров) загрязняется в результате поступления в нее соединений тяжелых металлов, удобрений, ядохимикатов. Только мусора из больших городов ежегодно вывозится до 12 млрд т. Горные разработки приводят к уничтожению естественного почвенного покрова на огромных площадях.

Гидросфера загрязняется стоками промышленных предприятий (особенно химических и металлургических) , стоками с полей и животноводческих комплексов, бытовыми стоками городов. Особенно опасно нефтяное загрязнение — в воды Мирового океана ежегодно попадает до 15 млн т нефти и нефтепродуктов.

Атмосфера загрязняется главным образом в результате ежегодного сжигания огромного количества минерального топлива, выбросов металлургической и химической промышленности. Главные загрязняющие вещества — углекислый газ, окислы серы, азота, радиоактивные соединения.

В результате растущего загрязнения окружающей среды возникает много экологических проблем, как на локальном и региональном уровнях (в крупных промышленных районах и городских агломерациях), так и на глобальном (глобальное потепление климата, уменьшение озонового слоя атмосферы, истощение запасов природных ресурсов) .

Основными путями решения экологических проблем могут быть не только строительство разнообразных очистных сооружений и устройств, но и внедрение новых малоотходных технологий, перепрофилирование производств, перенос их на новое место с целью снижения «концентрации» давления на природу.

2. Какие организмы называются консументами?

Ответ. Консументы - организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые продуцентами, но в ходе потребления не доводящие разложение органических веществ до простых минеральных составляющих.

К консументам относятся все растительноядные, паразитические и хищные животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения. В экосистемах консументы играют роль управляющего звена. Различают консументы первого (растительноядные животные), второго и других порядков (хищники и паразиты).

Живые существа, не способные строить свое тело на базе использования неорганических веществ, требующие поступления органического вещества извне, в составе пищи, относятся к группе гетеротрофных организмов, живущих за счет продуктов, синтезированных фото- или хемосинтетиками. Пища, извлекаемая тем или иным способом из внешней среды, используется гетеротрофами на построение собственного тела и как источник энергии для различных форм жизнедеятельности. Таким образом, гетеротрофы используют энергию, запасенную автотрофами в виде химических связей синтезированных ими органических веществ. В потоке веществ по ходу круговорота они занимают уровень потребителей, облигатно связанных с автотрофными организмами (консументы I порядка) или с другими гетеротрофами, которыми они питаются (консументы II порядка).

К консументам относится огромное количество живых организмов из разных таксонов. Их нет лишь среди цианобактерии и водорослей. Из высших растений к консументам относятся бесхлорофилльные формы, паразитирующие на других растениях; частично положение консументов занимают и растения со смешанным питанием (например, насекомоядные типа росянки). Все животные — консументы, и их роль в поддержании устойчивого биогенного круговорота очень велика. Консумент и означает потребитель (от лат. consume — потреблять, съедать).

3. Какая взаимосвязь существует между продуцентами, консументами и редуцентами?

Ответ. Автотрофы - это продуценты (производители) органического вещества из неорганического. Растения и некоторые бактерии способны преобразовывать солнечную энергию в процессе фотосинтеза и создавать (синтезировать) органические вещества, которые гетеротрофы используют в качестве пищи. При этом продуценты потребляют из атмосферы углекислый газ, образованный в процессе жизнедеятельности гетеротрофов, и выделяют кислород. Гетеротрофы, в свою очередь, выполняют в экосистеме роль консументов и редуцентов. Консументы - потребители органического вещества. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные - животную. В результате процесса пищеварения, протекающего в организмах консументов, происходит первичное измельчение и разложение органического вещества. Это облегчает дальнейшую деятельность редуцентов. Редуценты - это организмы, окончательно разлагающие органические вещества, содержащиеся в отходах и трупах консументов и продуцентов. К редуцентам относят бактерии и грибы. В процессе жизнедеятельности этих организмов восстанавливаются минеральные вещества, которые вновь используют продуценты.

Вопросы после § 87

1. В чем опасность загрязнения биосферы?

Ответ. Появление в природной среде новых компонентов, вызванное деятельностью человека или какими-либо грандиозными природными явлениями (например, вулканической деятельностью), характеризуют термином загрязненность. Итак, загрязненность - это наличие в окружающей среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или их отдельных элементов и снижающих качество среды с точки зрения проживания человека или ведения им хозяйственной деятельности. Этим термином характеризуются все вещества, явления, процессы, которые в данном месте, но не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, появляются в окружающей среде и могут выводить ее системы из состояния равновесия.

Отметим, что экологическое действие загрязняющих агентов может проявляться по-разному; оно может затрагивать либо отдельные организмы, либо отдельные популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом.

При воздействии загрязняющих агентов может иметь место нарушение отдельных физиологические функций организмов, изменение их поведения, снижение темпов роста и развития, снижение устойчивости к воздействиям неблагоприятных факторов окружающей среды.

На уровне популяций загрязнение среды может вызывать изменение их численности и биомассы, рождаемости, смертности, изменения структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств.

Загрязнение среды сказывается на структуре и функциях сообществ. Одни и те же загрязняющие вещества по-разному влияют на разные компоненты сообществ. При этом меняются количественные соотношения в биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления других. Изменяется пространственная структура сообществ, детритные цепи разложения начинают в сообшестве преобладать. При этом происходит деградация экосистем, ухудшение их как элементов среды человека, снижение положительной роли в формировании биосферы, обесценивание в хозяйственном отношении.

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин - извержения вулканов, землетрясений, наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение - результат деятельности человека.

В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных. Так, природные источники окиси азота выбрасывают 30 млн. т. азота в год, а антропогенные - 35-50 млн. т. двуокиси серы, соответственно, около 30 млн. т. и более 150 млн. т. Итак, в результате деятельности человека свинца попадает в биосферу почти в 10 раз больше, чем в процессе природных загрязнений.

Загрязняющие вещества, возникшие в результате хозяйственной деятельности человека, и их влияние на среду очень разнообразны. К основным загрязняющим веществам относятся: соединения углерода, серы, азота, тяжелые металлы, различные органические вещества, искусственно созданные материалы, радиоактивные элементы и многое другое.

Так, по оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает около 10 млн.т. нефти. Нефть на воде образует тонкую пленку, препятствующую газообмену между водой и воздухом. Оседая на дно, нефть попадает в донные отложения, где нарушает естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов. Кроме нефти, значительно возрос выброс в океан бытовых и промышленных сточных вод, содержащих, в частности, такие опасные загрязнители, как ртуть, свинец, мышьяк, обладающие сильным токсическим действием. Фоновые концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в десятки раз.

2. Какие загрязнители вам известны?

Ответ. Многие экологические проблемы, существующие сегодня, являются следствием неразумной хозяйственной деятельности человека. Развивающиеся промышленные производства, энергетика, сельское хозяйство могут, при несоблюдении экологических требований, сильно загрязнять окружающую среду.

Так, хозяйственные выбросы свинца, кадмия и цинка, которые являются токсичными (вредными) для живых организмов, уже превосходят естественное содержание этих металлов в биосфере соответственно в 18, 5 и 3 раза.

Многие синтезированные человеком химические соединения, даже при очень малых концентрациях, опасны для живых организмов. Например, диоксин, образующийся в виде примесей во многих производствах, где используется хлор, обладает очень высокой биологической активностью, большой стойкостью и способностью к биопереносу в природе. Он даже в ничтожных концентрациях подавляет иммунную систему организмов, повышает чувствительность к вирусным заболеваниям, снижает умственную и физическую работоспособность. В более высоких концентрациях он может вызвать раковые заболевания, поражать нервную систему, печень, пищеварительный тракт.

В сельском хозяйстве широко используются различные ядохимикаты. При этом их воздействию подвергаются не только вредители, но и живущие рядом с ними полезные организмы (птицы, черви, насекомые-опылители, бактерии и др.), которые либо гибнут, что приводит к нарушениям в экосистемах, ухудшению структуры и плодородия почвы, либо накапливают в своих организмах этот яд, передавая его по пищевым цепям консументам более высокого порядка вплоть до человека. А так как консументы съедают за свою жизнь не одно растение или животное, а много, то с каждым уровнем цепи концентрация вредных веществ в организме повышается примерно в 10 раз, доходя до смертельных доз. Это относится не только к ядохимикатам, но и к любым другим вредным загрязнителям.

3. К каким последствиям может привести явление биологического накопления загрязнителя в пищевых цепях?

Ответ. Для многих веществ-загрязнителей характерно явление биологического накопления в пищевых цепях. В рыбе, например, концентрация ртути может быть в 1000 раз больше, чем в воде, в которой она живет. Любой организм, питающийся такой рыбой, подвергает себя смертельной опасности.

Каждый загрязнитель оказывает определенное отрицательное воздействие на природу, поэтому их поступление в окружающую среду должно строго контролироваться.

Основными параметрами, ограничивающими загрязнение биосферы отходами производства, являются ПДК — предельно допустимые массовые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе или воде водоемов. Под ПДК понимается такая концентрация загрязняющего вещества, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования, а также не нарушает биологического оптимума для человека.

К первому относятся стойкие (неразлагающиеся) загрязнения — вещества и яды, такие, как алюминиевые банки, соли ртути, фенольные соединения с длинной цепью, ДДТ, которые в естественной среде либо не разрушаются вовсе, либо разрушаются очень медленно. Иными словами, для этих веществ не существует природных процессов, которые могли бы их разлагать с такой же скоростью, с какой они вводятся в экосистему. Кроме того, они могут образовать другие ядовитые вещества, соединяясь с другими веществами окружающей среды. Единственный возможный способ «очистки» от таких загрязнителей — это их изъятие или экстракция из системы жизнеобеспечения окружающей среды, что сопряжено с большими расходами. Очевидное и разумное решение (которое, однако, легче сформулировать, чем выполнить) состоит в том, чтобы запретить выброс в окружающую среду таких веществ (или хотя бы контролировать его так, чтобы избежать токсичного уровня) или даже совершенно прекратить производство таких веществ (т. е. найти легко деградирующие заменители).

Еще одной отрицательной стороной воздействия на биосферу является сжигание топлива, приводящее не только к загрязнению воздуха, воды, почвы, но и к таким изменениям атмосферы, которые в дальнейшем могут привести и к изменениям климата и ко многим другим, иногда трудно прогнозируемым последствиям. В настоящее время ежегодно сжигается около 2,5 млрд. т нефти и более 20 млрд. т каменного угля. Это приводит к расходу не менее 15 млрд. т свободного кислорода, взамен которого в атмосферу поступает около 25 млрд. т углекислого газа. В результате подобной деятельности человека за последние 50 лет было использовано кислорода столько же, сколько за всю предыдущую историю человечества.

► Выясните, какова экологическая ситуация в вашем регионе. Примите участие в работе по выявлению источников загрязнения окружающей среды.

Ответ. Экологическая ситуация в Челябинской области.

Можно отметить несколько благоприятных факторов: небольшая плотность населения, наличие только двух относительно крупных городов, достаточное количество водных и лесных ресурсов.

Однако высокая концентрация промышленных предприятий с крайне неэффективными технологическими процессами создают весьма напряжённую экологическую обстановку в ряде районов области. В этом легко убедиться, взглянув на экологическую карту Челябинской области:

В чёрный список наиболее загрязнённых российских городов входят Челябинск, Магнитогорск и Карабаш. По данным космических наблюдений, основные загрязнённые тяжёлыми металлами территории находятся вокруг Челябинска и Магнитогорска. Далее следуют зоны рядом с городами Сатка, Бакал, Коркино, Еманжелинск. В целом 52% территории области загрязнено отходами производства, что объясняется деятельностью предприятий чёрной и цветной металлургии, горнодобывающей и угольной промышленности. К этому можно добавить множество карьеров и отвалов в окрестностях городов Сатка, Верхний Уфалей, Копейск, Коркино. Еманжелинск, Пласт. Около города Бакала безжизненный «лунный» ландшафт создают 10 карьеров глубиной до 200 м и отвалы до 50-70 м высотой.

В среднем на каждого жителя нашей страны из атмосферы выпадает 372 кг вредных веществ в год. В Челябинской области этот показатель колеблется от 200 до 2000 кг, а в Карабаше достигает и 25 кг в день! Основными загрязнителями воздуха являются предприятия топливной энергетики, коксохимические, электродные и другие предприятия металлургического комплекса. В составе загрязняющих веществ находятся и особо опасные: бензопирен, ртуть, свинец, хром, марганец и целый «букет» канцерогенных газообразных веществ. Свой «посильный» вклад вносит и автотранспорт, отравляющий воздух городов оксидами азота, оксидами углерода, сажей, свинцом и другими токсичными веществами.

Сброс сточных вод в пригородные водоёмы составляет до 900 млн куб м в год. Основными приёмниками загрязнённых вод являются бассейны рек Миасс, Ай, Урал, Теча. В этих реках наблюдается скопление нитратов, фосфатов, аммиака, нефтепродуктов, металлов. Это привело к тому, что в нескольких районах области подземные воды отличаются повышенной минерализацией и содержанием железа.

И, наконец, особо следует отметить радиоактивные загрязнения – результат деятельности производственного объединения «Маяк».

Наиболее крупные радиоактивные загрязнения в челябинской области произошли в период с 1949 по 1956 годы, когда была загрязнена речная система Теча-Исеть-Тобол, и в 1957 г, в котором произошёл взрыв ёмкости с высокоактивными отходами. Взрыв сопровождался выбросом радиоактивных веществ, рассеянных ветром над районами Челябинской и Свердловской областей. Загрязнённая территория получила название Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). Площадь его в Челябинской области составляет около 23 тыс кв км. Эти территории Каслинского и Кунашакского районов изъяты из хозяйственного оборота на многие десятилетия.

Каждый гражданин Российской Федерации может:

• создавать или вступать в общественные организации, осуществляющие деятельность в области охраны окружающей среды;

• принимать участие в собраниях, митингах, демонстрациях, сборе подписей под петициями по вопросам охраны окружающей среды;

• оказывать содействие органам власти в решении вопросов охраны природы;

• обращаться в органы власти и иные организации с заявлениями, касающимися охраны окружающей среды;

• участвовать в природоохранительной деятельности.