Задача №3

Для почвенной среды характерны небольшие колебания температуры, плотное сложение, наличие в порах свободной воды и воздуха, малое содержание кислорода, большее, чем в атмосферном воздухе.

Вопросы:

1.Какие эдафические факторы вы знаете?

2.Назовите факторы почвенной среды, наиболее часто являющиеся лимитирующими.

3. Каковы пути адаптации растений к влажности, температуре, химическому составу почвы?

4.Какие обитатели типичны для почвенной среды - гомойотермные или пойкилотермные. и почему?

5.Приведите примеры непериодических факторов, которые могут действовать на растения и почвенную биоту.

6. Что такое растения-индикаторы, какую роль они играют

Задача №4. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы тепличными газами и способствующих развитию парникового эффекта.

Все виды солнечного излучения (от ультрафиолетового до инфракрасного) достигают земли и нагревают ее. Последняя переизлучает ранее накопившуюся тепловую энергию в вид ИК-излучения в Космос. Переизлученное ИК-излучение интенсивно поглощается некоторыми газами (СОг, СНд, NO2, фреонами). Указанные газы, называемые парниковыми, действуют в атмосфере как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленного постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.

Основным парниковым газом является диоксид углерода: его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65 %. К другим парниковым газам относится метан (около 20%), оксиды азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (около 10-25 % парникового эффекта). Всего известно около 30 парниковых газов, их утепляющий эффект зависит не только от количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю СОг принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для оксидов азота - 165, а для фреона - 11000.

Основными антропогенными источниками поступления СОг в атмосферу является сжигание углеродсодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.). Ныне только от теплоэнергетики в атмосферу поступает около 1 т. углерода на человека в год; по прогнозам в первой половине XXI столетия выброс достигнет 10 млрд. т. Согласно Ю.В.Новикову (1998 г.), доли некоторых государств в глобальном выбросе СОг таковы: США - 22%, Россия и Китай - по 11%, Германия и Япония - по 5%, остальные страны около 46%.

Вследствие парникового эффекта среднегодовая температура на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3 - 0,6 °С. В настоящее время увеличение концентрации СО2 происходит примерно со скоростью 0,3 - 0,5 % в год. Увеличивается содержание и других парниковых газов: метана - на 1 %, оксидов азота - на 0,2 % в год ПО разным источникам, удвоение содержания парниковых газов, которое может произойти во второй половине текущего века, вызовет повышение среднегодовой температуры планеты на 1 - 3,5 °С. Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа не только для отдельных экосистем, но и биосферы в целом:

1. В случае повышения уровня океана на 1,5 - 2 м под затопление попадает около 5 млн. км² земель, причем наиболее плодородных и густонаселенных. На них проживает около 1 млрд. человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов в глубь материков чреваты военными конфликтами и социальными потрясениями.

2. Помимо подъема уровня океана, потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений. Следствием этого, очевидно, явится резкое обострение продовольственной проблемы.

3. Уменьшение различий температуры на полюсах и экваторе (в основном за счет более сильного потепления полюсов) вызовет, в свою очередь, подтаивание вечномерзлых почв (таковых в России около 2 млн. км²) и высвобождение из них огромных количеств метана, что усилит парниковый эффект. 6

4. Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье людей как вследствие усиления теплового стресса в южных районах, так из-за распространения многих видов заболеваний.

Вышеизложенное дало основание Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто, 1979 г.) заявить, что «...конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».

Вопросы:

1. О нарушении каких функций живого вещества свидетельствует появление парникового эффекта?

2. Следствием нарушения человеком каких круговоротов веществ является возникновение парникового эффекта и почему?

3. Как изменяется продуктивность биосферы и видовое разнообразие при воздействии парникового эффекта?

4. Свидетельствует ли появление парникового эффекта о нарушении гомеостатических механизмов биосферы?

Задача №5. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы оксидами азота и углерода и способствующих возникновению кислотных дождей.

В последние 15-20 лет возникла сложная и трудная экологическая проблема кислотных дождей (рН менее 5,0). При сжигании различных видов топлив, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной влагой образуется азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией.

Согласно расчетам, доля диоксида серы в образовании кислых осадков составляет около 70%. Появлению кислых осадков способствует также ССЬ; из-за его постоянного присутствия в атмосфере нормальным является рН осадков 5,6.

В дальнейшем кислоты выпадают на поверхность суши или водоема в виде кислотных дождей или иных атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2 - 2,3, что соответствует кислотности уксуса.

Общее количество выбросов SO2 и NO2 в мире ежегодно составляет более 250 млн. т. В пересчете на душу населения количество выбросов (кг/год): в Дании - 4, бывшем СССР - 18, Англии - 32, Польше - 55, Австрии - 8, Германии - 160, Италии - 20, Швеции - 6 (Войткевич Г.В., Вронский В.А., 1996 г.).

Кислые осадки особенно типичны для Скандинавских стран, а также Англии, ФРГ, Бельгии, Дании, Польши, Канады, северных районов США. В городах до 70 - 90% загрязнений в атмосферу, в том числе и способствующих образованию кислых осадков, поставляет автотранспорт.

Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно: почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, строения и другие объекты в той или иной степени страдают от них.

Поступая в почву, кислые осадки увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотфиксаторов и других организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов, из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, и ртути). В ряде мест кислые осадки и продукты их действия (алюминий, тяжелые металлы, нитраты и др.) проникают в грунтовые воды, а затем в водоемы и водопроводную сеть, где также способствуют высвобождению из труб алюминия и других вредных веществ. Как результат происходит ухудшение качества питьевой воды.

Действие кислых осадков на водные экосистемы весьма многообразны. Попадая в водные источники, они повышают кислотность и жесткость воды. При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других биологически активных веществ, от которых зависти 7

рост и развитие организмов. Особенно отрицательное действие проявляется в основном на яйцеклетках и молоди.

Сейчас на Земле насчитываются многие тысячи озер, практически лишившихся своих обитателей. Почти 20% рек и озер Швеции, Норвегии и Канады потеряли более половины обитающих в них организмов. Так, в Швеции в 14 тысячах озер уничтожены наиболее чувствительные виды, а 2200 озер фактически безжизненны. Около 1000 озер в США заметно подкислено, а более 3 тысяч имеют кислотность, неблагоприятную для многих обитателей.

Действие кислых осадков и атмосферных загрязнителей на леса способствует выщелачиванию из растений биогенов (особенно кальция, магния и калия), Сахаров, белков, аминокислот. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуют появлению вспышек численности насекомых. Такие воздействия имеют конечным результатом снижение фитоценозами продуктивности, а нередко и их массовую гибель. Накоплено много данных об отрицательном влиянии кислых осадков на растения через почву, прежде всего, в результате увеличения подвижности алюминия и тяжелых металлов. Свободный алюминий повреждает молодые корни, создает очаги для проникновения в них инфекции, а также вызывает преждевременное старение деревьев.

Особенно сильно повреждаются хвойные леса, что в первую очередь связано с большой продолжительностью жизни их хвои (4-6 лет), обусловливающей накопление в ней относительно больших концентраций токсикантов.

Сейчас особо много внимания уделяется поражению лесов в результате совместного действия традиционных загрязнителей (SO2, ЖЬ) и озона. Приземный озон является в основном продуктом фотохимического смога. В его присутствии интенсивно разрушается хлорофилл, причем как в результате прямого влияния, так и через ускорение расходования витамина С, который защищает хлорофилл от окисления.

Вопросы:

L О нарушении каких функций живого вещества свидетельствует появление кислотных дождей?

2. Следствием нарушения человеком каких круговоротов веществ является кислотные дожди и почему?

3. Как изменяется продуктивность биосферы и видовое разнообразие при действии кислотных дождей?

4. Свидетельствует ли появление кислотных дождей о нарушении гомеостатических механизмов биосферы?

Задача №6. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы фреонами (хладонами) и озонаторами и способствующих истощению озонового слоя.

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в стратосфере. По разным оценкам, в средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило 2 - 10%.

Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой, где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40 — 50%. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение концентрации озона, получило название "озоновой дыры". В настоящее время "озоновая дыр" вышла за пределы континента и по размерам (10 млн. км²) превышает площадь США.

Меньшая по размерам "дыра" наблюдается и над Арктикой. Отмечается появление т.н.

"блуждающих дыр" площадью от 10 до 100 тыс. км² в других регионах, где потери озона

? достигают 20-40% от нормального уровня (около 0,06 мг/м³). Беспрецедентная аномалия озона,

как по уровню его дефицита, так и по размерам затронутой территории, была отмечена в России

над районами Восточной Сибири.

Крайне опасные для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана -увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Из-за уменьшения концентрации 8

озона только на 1% происходит увеличение интенсивности Уф излучения у поверхности Земли на 15%. В свою очередь, это, согласно официальным данным ООН, приводит к появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также снижению иммунитета как у человека, так и у животных.

Помимо ухудшения здоровья, истощение озонового слоя способствует усилению "парникового эффекта", снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды. Согласно Ю.В. Новикову (1998 г.), проникновение через "озоновые дыры" солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50 - 100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн. га. лесов, в 2002 г. - более 1 млн. га.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т.д.

Будучи чрезвычайно инертными, фреоны минуют тропосферу без изменений. Только в стратосфере они подвергаются фотохимическому разложению по радикальному механизму, например:

hv hv

CFC1₃------► CFCb + Cl или CF₂C1₂------► CF₂C1 + Cl

Образовавшиеся активные атомы хлора включаются в циклический процесс разрушения озона:

—► С1+-©*- С1О + О₂

сю +-е^ ci + о₂

' _____i

О₃ -Ю- 2О₂

Фреоны способны находится в атмосфере, не разрушаясь 70-100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тыс. атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 млн. тон озонирующих веществ. Около 35% производимого _г объема приходилось на США, 40% - на страны Европы, 10-12% - Японию,7-10% - Россию.

Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано также разрушение озона при ¹ ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся по­ступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Установлено также, что уничтожают озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски. космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шатл» приводит к потерям 10 млн. тон озона. 300 таких запусков в год - и практически весь озон будет уничтожен.

В последнее время ученые высказывают предположение о существенном вкладе природных явлений в процессы разрушения озона и возникновения «озоновых дыр». К таковым относятся, например, 11 - летние циклы солнечной активности, выход озон разрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходящих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеиванию озона.

Вопросы:

1. О нарушении каких функций живого вещества свидетельствует появление озоновых дыр?

2. Следствием нарушения человеком каких круговоротов веществ является появление озоновых дыр и почему?

3. Как изменяется продуктивность биосферы и видовое разнообразие при наличии озоновых дыр?

4. Свидетельствует ли появление озоновых дыр о нарушении гомеостатических механизмов биосферы?

Поиск по сайту: