СРЕДЫ. ЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

План лекции

1. Экологические условия развития, выживания и размножения организмов.

2. Закон толерантности воздействия экологических факторов на организмы.

3. Основные подходы к проблеме взаимодействия человека и природы.

4. Экологические принципы отношения человека к природе.

5. Влияние загрязнения среды на здоровье человека.

Итак, мы определили, что экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов со средой обитания. А теперь настало время дать понятие, что такое среда обитания.

Подсредой обитанияобычно понимают природные тела и явления, с которыми организмы находятся в прямых или косвенных взаимоотношениях. Наряду с термином «среда обитания» используются также понятия «экологическая среда», «окружающая среда», «окружающая природа» и т.д. Четких различий между этими терминами нет, но следует учитывать, что под популярным в последнее время термином «окружающая среда» понимается, как правило, среда, в значительной мере измененная человеком. К ней близки по смыслу понятия «техногенная среда», «антропогенная среда», «промышленная среда».

Природная среда – это среда, не измененная человеком или измененная в малой степени.

Влияние среды на организмы обычно оценивают через отдельные факторы.

Экологический фактор – любой элемент или условие среды, воздействующее на состояние, развитие, возможности выживания организмов, реагирующих на изменения приспособительными реакциями (адаптациями). Экологические факторы можно классифицировать по следующим направлениям:

1. По отношению к жизни:

- абиотические– совокупность физико-химических условий среды (газовый состав воздуха, химизм воды и почвы, давление, влажность, плотность среды, радиационные условия и т.д.);

- биотические – взаимоотношения данного организма с другими организмами (потребление, конкуренция, паразитизм и т.д.).

2. По происхождению:

- природные– не связанные с человеком;

- антропогенные (антропические) – воздействия оказываемые человеком (промышленность, сельское хозяйство, транспорт, рекреация (отдых), промысел и т.д.).

3. По критерию исчерпаемости:

- условия– абиотические факторы, которые ни один организм не может сделать недоступными для других (температура, соленость воды и т.д.);

- ресурсы– факторы, количественно уменьшающиеся в процессе жизни организма (становятся недоступными для других организмов), пища, биогенные элементы и т.д.

Мы живем в мире с изменяющимися условиями, где интенсивность воздействия каждого экологического фактора постоянно меняется. В характере воздействия экологических факторов на организм и в ответных реакциях живых существ на них можно выделить ряд общих закономерностей.

Правило экологического оптимума.У каждого организма в отношении экологических факторов существуют пределы выносливости, между которыми располагается его экологический оптимум– точка, соответствующая наилучшим показателям жизнедеятельности организма. Обычно определить оптимальные значения факторов сложно, поэтому говорят о зоне оптимума.Но существуют и области значений фактора, где условия для выживания особенно тяжелы и близки к критическим. Такие условия называют экстремальными, а область значений фактора – зоной пессимума(см. рис. 1).

Жизнедеятельность

Пессимум Оптимум Пессимум

Оптимальные

условия

жизни

Угнетение Угнетение

жизни жизни

Min Max

Экологический фактор

Рис. 1. График зависимости жизнедеятельности (рост, развитие) организма от интенсивности действия экологического фактора

Организмы, способные существовать при широких изменениях комплекса факторов, окружающей среды называют эврибионты(греческое euros – широкий). Для жизни других организмов требуются условия, ограниченные достаточно узкими пределами. Такие организмы называют стенобионты(греческое stenos – узкий), они могут существовать на ограниченных территориях с достаточно стабильными условиями.

В отношении действия факторов на организмы справедлив закон толерантности Шелфорда: для каждого вида существуют минимальные и максимальные значения фактора среды, за пределами которых он не может существовать . Диапазон между двумя этими величинами принято называть пределами устойчивости, или толерантности.Чем шире этот диапазон, тем выше толерантность организма. Такие факторы называются лимитирующими. Экологический фактор играет роль лимитирующегов том случае, когда он находится ниже критического уровня или превосходит максимально выносимый уровень, т.е. приближается к пределам выносливости организма. В экологии существует правило лимитирующих факторов. Сущность его заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы и ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.

Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам. Важным лимитирующим фактором в современных условиях является загрязнение природной среды– внесение веществ, которых в ней либо не было раньше (металлы, новые химические вещества) и которые не разлагаются вообще, либо существующих в биосфере (углекислый газ), но вносимых в чрезмерно больших количествах, что не позволяет переработать их естественным способом. Образно говоря, загрязняющие вещества – это ресурсы не на своём месте.

Прикладная экологиязанимается анализом системы «общество – природа». В задачи этого раздела экологии входят: изучение антропогенных нагрузок, анализ реакции биоты на антропогенные нагрузки, нахождение путей снижения нагрузок, прогнозы, организация взаимодействий природы и общества.

Взаимодействие в системе «общество – природа» за всю историю существования человечества (около 3 млн лет) прошло определенную эволюцию. Выделяют следующие этапы:

1) человек – обычный вид, часть природы. Этот период охватывает эру наиболее примитивной культуры каменного века и первобытно-общинного уклада жизни. Такой период продолжался примерно от 3 млн лет до ХХ – ХV веков до н.э. Но по мере развития археологических исследований это время отодвигается дальше. Ясно только одно – это был самый длительный период взаимодействия человека с природой, приведший к малоощутимым изменениям в ней;

2) покорение огня, истребление древней фауны (экологические кризисы древности). Этому периоду соответствует время до начала землепользования (VIII – VII века до н.э.). Этот период некоторые исследователи относят к первому. Но, так или иначе, его необходимо выделить, т.к. именно с него начинается осмысленное воздействие человека на природу. Конечно, мамонты вымерли не из-за человека, но и он к этому приложил свою руку;

3) развитие подсечно-огневого сельского хозяйства, сведение лесов, одомашнивание флоры и фауны (фактически конкурируя с дикими видами, человек становится самым могущественным видом). Этому периоду соответствует время с начала землепользования (VIII – VII века до н.э.) до становления промышленного производства в ХУ веке н.э.;

4) развитие промышленности, урбанизация, локальные загрязнения природы (с ХV по ХIХ века). Это время становления и развития капитализма, характеризующееся постепенной концентрацией производительных сил, развитием частного предпринимательства, постоянными захватническими войнами, приведшими к разделу мира. Этот период ознаменовался, прежде всего, активным освоением минерально-сырьевых ресурсов, развитием горного дела, металлургии и добычи угля, потеснившего такой источник энергии, как дерево;

5) человек – геологическая сила: глобальное загрязнение, изменение биогеохимических циклов. К этому периоду относятся возникновение империализма и социальных революций. Концентрация производства, организация крупных промышленных объединений, охватывающих своим влиянием многие районы мира, приводят к расширению сфер их воздействия на окружающую природу, которые приобретают региональный, а затем глобальный характер.

Главными движущими силами этого воздействия кроме человека в этот период являются революционное развитие транспорта, прежде всего железнодорожного, а также электроэнергетики. Эти факторы и позволили человеку сдвигать горы. В этот период не только усилилась геологического воздействия в абсолютном выражении, но само оно стало иным. Иным стало и геохимическое воздействие человека на природу, определяющееся тремя обстоятельствами:

1) синтезом множества (более миллиона) веществ, отсутствовавших в естественных условиях и обладающих качествами, не свойственными природным соединениям;

2) строительством широкой сети коммуникаций – газо- и нефтепроводов, шоссейных и железных дорог, линий электропередачи и связи, что наряду со специализацией производства привело к массовой транспортировке разнообразного сырья, его перераспределению и рассеиванию загрязнений;

3) интенсификацией производства сельскохозяйственной продукции потребовавшей массового применения удобрений, гербицидов и пестицидов, отрицательное побочное воздействие которых на окружающую среду выявилось лишь спустя длительное время после начала их повсеместного применения.

В ХХI в. человечество находится в конце пятого этапа. Что может за ним последовать? Либо решение глобальных экологических проблем, либо глобальная экологическая катастрофа. Отсюда можно выделить два основных подхода к проблеме взаимодействия человека и природы:

технократический– человечество может регулировать окружающую природу, полностью подчинив ее своим интересам

экологический – возможности регуляции у человечества очень ограничены, и поэтому необходимо постоянно искать компромисс с природой. Последний подход можно назвать технологическим.

Весь комплекс современных знаний о природе дает основание утверждать, что пока, а может и никогда, человечество не может регулировать те процессы на Земле, которые обеспечивали бы его существование. Для этого требуется огромная энергия, которой у человечества нет. Поэтому полностью саморегулируемая техносфера возможна только в локальных масштабах и лишь для малой части человечества. Это и пытается сделать США в масштабах одной страны, как это пытались сделать у нас в СССР, создавая материально-техническую базу коммунизма, то есть состояния, когда человеку дают по потребностям, получая от него по способностям. Но человек – существо загадочное: потребности его безграничны, а возможности «без кнута и пряника» крайне ограничены. Поэтому глобальная саморегулируемая техносфера не-реальна, человечество может существовать только в рамках биосферы.

Именно осознание технократического подхода как губительного и необходимость переориентации всей системы природопользования на основе экологического подхода обусловили экологизацию нашей жизни. Основой жизненной позиции каждого человека по отношению к природе должны быть два принципа:

- ожидать неожидаемое (при любом действии лучше готовиться к худшему, не надеясь на авось);

- мыслить глобально, действовать локально (любое, даже самое незначительное действие по отношению к природе необходимо соотносить с интересами всей биосферы).

Обычно действие антропогенных нагрузок рассматривают в трех пространственных масштабах:

- локальном(метры, километры, десятки километров);

- региональном (сотни и тысячи километров);

- глобальном (материки, вся планета).

Предмет глобальной экологии – вся планета Земля. С глобальной экологией тесно связаны климатология (физика атмосферы), география, геология, палеонтология, теория биосферы. Продолжая разговор о биосфере, можно повторить высказывание В.И.Вернадского, что в будущем биосфера преобразуется в ноосферу – сферу Разума, когда Земля будет разумно управляться человечеством. Но это мечты и свершатся ли они?

В настоящий же момент биосфера находится в гомеостазе, и поэтому действует принцип Ле-Шателье, когда реакция биосферы против внешнего воздействия направлена на уменьшение этого воздействия. Но пределы гомеостаза неизвестны. Возможно, человечество подошло к тем границам, за которыми следует нарушение гомеостазиса.

Одна из задач глобальной экологии – разработка теории климата. Основные выводы этой теории следующие:

1) основной фактор изменений климата – положительная обратная связь между площадью ледников и похолоданием (из-за очень сильной отражательной способности льда уменьшается теплоотдача солнечных лучей земной поверхности);

2) современный климат – это один из многих, которые реализовывались в истории Земли или могут реализоваться. В принципе возможна белая Земля – планета, покрытая панцирем льда, на которой нет жизни. Это может произойти при очень сильном увеличении запыленности планеты (например, в результате ядерных войн).

Но все-таки главным объектом экологии является человек. Человек - это неотъемлемая часть природы, и поэтому он не может оторваться от нее, полностью уйти в созданный им же технический мир. В результате возникает реальная опасность загрязнения и отравления природной среды самим человеком.

Широко известны случаи отравления окружающей среды, как, например, катастрофический смог в 1952 г. в Лондоне, унесший 4000 жизней, и др. Однако все же не эпизодические катастрофы представляют главную опасность для человека. Гораздо опаснее постоянная утечка, даже в небольших количествах, различных ядовитых веществ.

Способность к адаптации, правда, может уменьшить вредное влияние среды на организм. Так, при повышении концентрации ядовитых веществ в организме печень начинает выделять энзимы, способствующие их разложению. Сохранение оптимальной жизнедеятельности человека при взаимодействии с окружающей средой определяется тем, что существует физиологический предел выносливости в отношении любого фактора среды, и за его границами этот фактор неизбежно будет угнетающе влиять на здоровье человека.

Основным фактором технологического характера, оказывающим негативное влияние на здоровье человека, является химическое и физическое загрязнение окружающей среды.

Главными источниками химического загрязнения окружающей среды являются промышленные предприятия, автомобильный и железнодорожный транспорт, тепловые и атомные электростанции. В городах загрязняют среду также слабо утилизируемые отходы коммунального хозяйства, в сельской местности – пестициды и минеральные удобрения, стоки животноводческих комплексов. В целом на каждого жителя России приходится до 300 кг/год загрязняющих веществ.

Атмосферное загрязнение в первую очередь влияет на сопротивляемость организма, результатами снижения которой становится рост заболеваемости населения, а также физиологическое изменения организма.

Загрязнение почвы и воды также становится все более серьезной проблемой в России. Токсичные химические вещества, например, тяжелые металлы и диоксины, а также нитраты и пестициды, оказывают прямое влияние на качество продуктов питания, питьевой воды, и, как следствие, на снижение показателей здоровья и продолжительности жизни человека.

К основным физическим факторам окружающей среды, негативно воздействующим на здоровье человека, относятся шум, вибрация, электромагнитное излучение, электрический ток.

Постоянные незначительные шумовые воздействия (около 35 дб) могут вызвать нарушения сна. К основным источникам шума относятся транспорт, различные промышленные и сельскохозяйственные предприятия.

Вибрация представляет собой сложный колебательный процесс с широким диапазоном частот. В городах источниками вибрации служат некоторые виды производства, а также транспорт. Длительное воздействие вибрации на организм человека может вызвать также профзаболевание, например, вибрационную болезнь, проявляющуюся в изменении сосудов конечностей, нервно-мышечного и костно-суставного аппарата.

Источниками электромагнитного излучения служат радио, телевизионные и радиолокационные станции, приборы, в том числе бытового назначения. Систематическое воздействие электромагнитного поля радиоволн с уровнями, превышающими допустимые, может вызвать изменения в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой, эндокринной и других системах организма человека.

Одним из основных интегральных показателей благополучия общества, в том числе и экологического, является состояние здоровья людей. В 2002 г. средняя продолжительность жизни у мужчин в нашей стране снизилась до 60 лет (в промышленно развитых странах этот показатель на 15-20 лет выше). По уровню продолжительности жизни Россия находится на 71 месте в мире. У нас ослабленных и больных примерно в 1,5 раза больше, чем здоровых. Каждый 9-й ребенок рождается с дефектами, каждый 9-й житель России – инвалид. Из всех выпускников школ только четверть признается практически здоровыми. Если бы при наборе в армию исходили из критериев, принятых в США, то 90% наших новобранцев было бы отбраковано по состоянию здоровья. Среди факторов риска, приведших к такому трагическому состоянию дел, экологические составляют не более 30%. В свою очередь, среди них важное место занимают те, которые имеют непосредственное отношение к глобальным изменениям характеристик биосферы, хотя и с яркой региональной окраской.

ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ