Эктотермные и эндотермные организмы

Определение понятия

Адаптация – это приспособление организма к определенным условиям среды, которое достигается за счет комплекса признаков – морфологических, физиологических, поведенческих. В результате адаптаций возникают организмы, приспособленные к различным условиям среды. Адаптациями объясняется различный состав экосистем разных экологических условий.

И.А. Шилов (1998) подчеркивает, что в эволюции крупных таксонов адаптация к лимитирующим факторам определяла наиболее крупные изменения морфологии и физиологии. Так выход позвоночных животных на сушу был невозможен без преодоления двух лимитирующих факторов – малой плотности среды и низкой влажности. В результате произошла замена «парящей» локомоции на развитие конечностей рычажного типа, способных обеспечить поступательное движение (возникновение «четвероногих») и активный полет птиц.

При выходе растений на сушу эти же лимитирующие факторы привели к возникновению высших растений. В условиях воздушной среды (исключая ту часть растений, которая сохранила связь с водной средой обитания) растения должны были решить комплекс адаптационных задач:

– не засохнуть (развить проводящую систему, корневую систему, покровные ткани с устьицами);

– не упасть (развить механические ткани, способные противостоять гравитационной силе и ветру);

– не умереть с голоду (сформировать мощную листовую поверхность для фотосинтеза и увеличивать всасывание корнями элементов минерального питания за счет симбиоза с грибами и бактериями);

– обеспечить условия для размножения – сформировать защищенные от высыхания органы бесполого и полового размножения – многоклеточные спорангии и гаметангии.

Как высшая форма адаптации к жизни в условиях наземной среды возникли семенные растения с «маленьким шедевром эволюции» – семенем (Тахтаджян, 1978) и объединением спорофита и гаметофита в единый организм.

Адаптации животных к переживанию неблагоприятных условий в целом более разнообразны, чем у растений. Их можно свести к трем основным направлениям:

– уход от неблагоприятных условий (миграция птиц, кочевка оленей и других копытных в поисках корма, зарывание в песок, почву или снег и др.);

– переход в состояние анабиоза – резкого снижения активности процессов жизнедеятельности (покоящиеся стадии у беспозвоночных животных, прекращение активности рептилий при низких температурах, зимняя спячка млекопитающих и др.);

– развитие приспособлений для жизни в неблагоприятных условиях (шерстный покров и подкожный жир у животных в условиях холодного климата, экономное использование воды у пустынных животных и т.д.).

Растения «заякорены», т.е. ведут прикрепленный образ жизни, и потому у них возможны лишь два варианта адаптаций: снижение интенсивности процессов жизнедеятельности в неблагоприятные периоды (сбрасывание листьев, перезимовывание в стадии погребенных в почву органов – луковиц, корневищ, клубней, а также семян и спор, полный криптобиоз у моховидных) или повышение устойчивости к неблагоприятным факторам за счет специальных физиологических механизмов.

Разнообразие физиологических механизмов переживания неблагоприятных абиотических (засуха, засоление, дефицит света, холод) и биотических (влияние фитофагов, конкуренция с другими растениями) факторов компенсирует отсутствие у растений способности к миграциям в более благоприятные экологические условия.

Впрочем, наблюдаемые изменения в поведении организмов часто связаны не с адаптациями, а с преадаптациями – «скрытыми» приспособлениями, которые проявились и оказались полезными при появлении нового фактора. Преадаптациями объясняется устойчивость некоторых экотипов сорных растений к действию гербицидов и некоторых видов деревьев к загрязнению атмосферы промышленностью и транспортом.

Экологи используют также понятие «экзаптация» (Gould, Vrba, 1982; Гиляров, 2003), которое обозначает приспособление, первоначально возникшее для одной цели, но затем оказавшееся полезным для решения другой задачи (например, перья у птиц возникли как адаптация для защиты от холода, но в дальнейшем оказались полезными для полета).

Экзаптациями объясняются некоторые «странные» явления природы, переток элементов питания из растения одного вида в другой по микоризе. Микоризным грибам «выгодно» сотрудничать с несколькими видами деревьев, и переток элементов питания является побочным следствием этой адаптации.

Адаптивные комплексы

Как уже отмечалось, адаптация любого организма к условиям среды достигается за счет комплекса признаков, при этом набор адаптивных признаков бывает достаточно разнообразным. Поэтому разные организмы используют лишь часть потенциально возможных адаптивных признаков. Так переживание животными экстремальных условий в пустыне (высокие температуры, дефицит воды) возможно как за счет физиологических (запас жира с получением воды путем его расщепления), так и поведенческих адаптаций (зарывание в песок). Для переживания холода животные могут сжигать некоторое количество жира, сохранять тепло за счет густого шерстного или перьевого покрова, снижать активность жизнедеятельности (впадать в спячку), зарываться в снег (временно, или зимовать под снегом).

Принцип множественности адаптаций к переживанию стрессов достаточно хорошо изучен физиологами растений. К примеру, реакция на повышение концентрации почвенного раствора (засоление) может включать в себя изменение толщины и химического состава клеточных стенок, количества и изоферментного состава мембранных транспортных насосов и каналов, увеличение низкомолекулярных органических и неорганических осмопротекторов, торможение роста, изменение соотношения надземная часть/корень (Усманов и др., 2001). К этому можно добавить способность снижать концентрацию солей в клеточном соке путем их выделения на поверхность листьев.

Наборы адаптаций, которые сформировались у разных видов для преодоления неблагоприятных условий среды, индивидуальны.

Адаптивные комплексы (синдромы) могут включать признаки, как меняющиеся параллельно в одном направлении (вес организма и длительность жизни, скорость роста растений и их поедаемость фитофагами), так и связанные отношениями трейдоффа, т.е. непреодолимыми отрицательными корреляциями (число потомков и длительность их жизни, устойчивость к стрессу и скорость роста у растений, т.е. патиентность и виолентность, см. 5.2).

Интересные примеры трейдоффа «заботливость» родителей/число потомков приводит И.А. Шилов (1998). У рыб с пелагической икрой (т.е. «бросаемой на произвол судьбы») количество икринок исчисляется сотнями тысяч и миллионами, а у акул, яйца которых защищены плотной оболочкой, количество икринок исчисляется единицами. «Беззаботная» зеленая жаба (Bufo viridis) производит за сезон 8–12 тысяч икринок, а жаба-повитуха (Alytes obstericans), наматывающая икру на ноги, – всего 150. У американской пипы (Pipa americana), вынашивающей икру в особых ячейках на коже спины, количество икринок еще меньше и не превышает 100. Такой же трейдофф связывает уровень жизни и размер семьи у человека: в самых бедных странах самые большие семьи.

При этом далеко не всегда признаки адаптивного комплекса связаны однозначно. У разных видов одни и те же признаки в одних и тех же условиях могут быть связаны как положительными корреляциями, так и формировать трейдофф. Ю.Э. Романовский (1998) показал, что у пресмыкающихся, родители которых «не заботятся» о потомках, между массой тела и плодовитостью связь положительная (чем крупнее организм, тем больше у него потомков), а у птиц и млекопитающих с «заботливыми» родителями эти параметры связаны отношениями трейдоффа: чем крупнее родители, тем меньше число их потомков. В этом случае отношение двух признаков – размер организма и число потомков – определяет третий (в данном случае заботливость родителей).

Примеры адаптаций

Приведем несколько примеров адаптаций организмов к абиотическим факторам среды.

Биоритмы

Биоритмы – другой характерный пример адаптаций организмов к изменениям условий среды, которые помогают регулировать температуру тела. Они заключаются в закономерных периодических изменениях физиологии или поведения организмов при смене времени суток, сезонов года, приливов и отливов, лунных фаз.

Суточные биоритмы ярко выражены у животных и человека: время активной деятельности и отдыха у разных видов не совпадает. Дневные животные добывают пищу днем, для ночных (совы, летучие мыши) период бодрствования наступает с темнотой. С суточным биоритмом связаны десятки физиологических показателей (пульс, артериальное давление, температура тела и др.), от которых зависит активность организма.

Под влиянием приливов и отливов меняется поведение организмов планктона, бентоса мелководий, в период отливов моллюски закрывают раковины или зарываются в песок.

Суточные биоритмы проявляются и у растений. Так у многих видов цветки закрываются на ночь, у некоторых видов в течение суток изменяется положение листьев. У туранговых тополей, растущих в поймах пустынных рек, в период солнцепека листья поворачиваются ребром к солнцу, и потому под такими деревьями днем не бывает тени. Подобным образом может изменяться положение листьев и у некоторых деревьев умеренной полосы, например, у липы. У лотоса листья днем приподнимаются над водой на несколько сантиметров, но ночью «плавают» на ее поверхности так же, как листья кувшинки и кубышки. У клевера лугового листья на ночь складываются таким образом, что снаружи оказываются их нижние поверхности. Только ночью открываются устьица у кактусов.

Сезонные биоритмы ярко выражены и у животных, и у растений, особенно в районах со значительными изменениями климата по сезонам года (в дождевых тропических лесах, где тепло и идут дожди круглый год, эти изменения сглажены). Со временами года связаны ритмы размножения животных и их миграций (в первую очередь перелетных птиц), наступление фенологических фаз развития растений (бутонизация, цветение, плодоношение, сбрасывание листьев деревьев на зиму в умеренных широтах или в сухой жаркий период в сухих тропиках).

У животных, остающихся зимовать в холодном климате, повышается степень теплоизоляции тела. Так теплоизолирующая способность зимней «шубы» бурого медведя на 93% выше, чем летней.

Биоритмы организмов, связанные с изменением длины светового дня, называютсяфотопериодизмом. Так уменьшение длины дня – сигнал для подготовки растений к зиме (а птиц – к перелетам). За счет искусственного освещения, имитирующего длинный день, организмы могут быть «сбиты с толку». В частности, описаны случаи вымерзания в городах деревьев, если они росли рядом с фонарями (Горышина, 1991). Они оказывались неподготовленными к зиме (у них не накапливались «биологические антифризы» в клетках).

Ксерофиты

Обширная часть суши нашей планеты (степи, прерии, пустыни и др.) характеризуется условиями недостаточного увлажнения. К этим условиям адаптирована большая экологическая группа ксерофитов.

Ксерофиты – это засухоустойчивые растения, которые без риска гибели могут терять до 50% содержащейся в них воды. У этих растений существует целый комплекс адаптаций к условиям недостатка влаги: глубокие и разветвленные корневые системы, способные извлекать воду из большого объема почвы на глубине 8–10 м; высокое осмотическое давление клеточного сока, позволяющее «вытягивать» влагу из достаточно сухой почвы; толстая кутикула с восковым налетом на листьях, которые уменьшают испарение; узкие листья, наличие на них волосков, большое число устьиц и особые механизмы регулирования их просвета, увеличенный объем вакуолей, делающих растения резервуарами воды (суккулентность кактусов) и т.д.

Кроме того, некоторые ксерофиты выделяют ароматические вещества, которые обволакивают растение, что способствует уменьшению испарения.

У ксерофитов существуют особые варианты фотосинтеза – С4 и САМ (кислый метаболизм толстянковых). Ксерофиты С4 при фотосинтезе на единицу производимого органического вещества затрачивают воды в 2 раза меньше, чем мезофиты с фотосинтезом С3. Растения с фотосинтезом С4 – основа «сухого земледелия» в районах с недостаточным количеством осадков. Пример культурного растения С4 – сорго, которое Н.И. Вавилов назвал «верблюдом растительного мира».

САМ (у кактусов, саксаулов, древовидных молочаев и др.) обеспечивает наиболее экономное расходование влаги: устьица открываются ночью, и поглощаемый диоксид углерода связывается в органические кислоты, а днем фотосинтез осуществляется при закрытых устьицах за счет ночных запасов диоксида углерода.

Жизненные формы

Жизненная форма – это внешний облик организма, комплекс морфологических, анатомических, физиологических и поведенческих признаков, в котором отражается его приспособленность к условиям внешней среды. Приоритет в изучении жизненных форм принадлежит ботаникам, уже в III веке до н.э. Теофраст разделял растения на деревья, кустарники и травы.

В сходных условиях среды организмы даже из систематически далеких групп могут иметь одинаковую жизненную форму. Так например одну жизненную форму имеют животные, обитающие в водной среде – млекопитающие, рыбы, птицы (дельфин, акула, пингвин), ее же имело вымершее пресмыкающееся ихтиозавр; другую жизненную форму имеют обитатели воздушной среды – птицы, летучие мыши, насекомые и летающие рыбы, третью – почвенной – различные землерои. На характере жизненных форм животных в первую очередь сказывается их перемещение в средах. Среди млекопитающих А.Н.Формозов выделил надземные, подземные (землерои), древесные, воздушные и водные формы, отметив, что между этими формами есть переходы.

Жизненная форма прыгающих животных (кузнечики, тушканчики, кенгуру) отличается компактным телом с удлиненными задними и укороченными передними конечностями. Многие из них имеют длинный хвост, который играет роль балансира, помогающего резко изменять направление движения.

Сходные жизненные формы животных встречаются в сходных условиях жизни на разных континентах. Замечательный пример параллельной эволюции – сумчатые и плацентарные животные разных видов: плацентарному волку соответствует сумчатый волк, летяге – сумчатая летяга, муравьеду – сумчатый муравьед, обыкновенному кроту – сумчатый крот.

Такие же закономерности конвергенции внешнего облика под влиянием условий среды еще более четко проявляются у растений. Растения-подушки (у них укороченные стебли, а листья и цветки так сближены, что образуют плотно сомкнутый «панцирь») в холодных высокогорьях Памира, Тянь-Шаня, Алтая представляют разные семейства – розоцветные, бобовые, зонтичные и др. Сходную жизненную форму имеют кактусы в Америке и молочаи в Африке. Видами многих семейств представлены жизненные формы вечнозеленых деревьев влажных тропических лесов, летнезеленых деревьев умеренной полосы и зимнезеленых (сбрасывающие листву на лето) деревьев сухих тропических лесов и саванн.

Хрестоматийным примером конвергенции далеких таксонов в одну жизненную форму являются так называемые розетные деревья. К их числу относятся пальмы, саговники, древовидные папоротники, лилейные (юкки, агавы), сложноцветные (крестовники), бурачниковые (некоторые виды синяка) и др. Морфологическая конвергенция далеких таксонов может быть полной. Даже великий Карл Линней пал ее жертвой и отнес голосеменное растение саговник к однодольным цветковым растениям – пальмам.

Определение популяции

Существует два подхода к пониманию популяции: генетический и экологический. При генетическом подходе под популяцией понимают группу особей одного вида, имеющих общий генофонд, т.е. все особи, которые потенциально могут скрещиваться и обмениваться генами. Такие популяции называются менделевскими. Однако генетическое понимание популяции оказалось неудобным для экологов, так как установить действительно ли особи, обитающие на определенной территории, имеют общий генофонд (т.е. могут скрещиваться) – достаточно трудно, а подчас и просто невозможно. Поэтому в экологии используется иное, прагматическое (т.е. удобное для работы) понятие популяции.

Так А.М. Гиляров определяет популяцию следующим образом: «Популяция – любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей того же вида» (1990, с. 38). При этом сплошь и рядом популяции изолированы «менее, чем более» и переходят друг в друга. Поэтому очень часто их границы экологи устанавливают условно.

Кроме неизбежной условности границ популяций, которые устанавливаются с учетом биологического пространства и биологического времени, изучение популяций осложняется разнообразием их внутренней природы, зависящей от биологии организмов. Например по-разному устроены популяции унитарных и модулярных организмов. У первых появлению каждого организма-генета предшествует половой процесс. У вторых из одного генета возможно появление многих десятков и тысяч генетических копий (раметов), которые получаются путем простого деления.

К модулярным организмам относятся некоторые животные (мшанки, кораллы, губки, гидроиды, колониальные асцидии) и большинство растений, у которых модулем-метамером является часть побега (стебель с листом и почкой) или целый побег (у клональных растений – злаков, осоковых и некоторых других).

Ряд существенных различий, которые нужно учитывать при популяционных исследованиях, имеют популяции растений и животных. Главное отличие заключается в том, что обладающие подвижностью животные могут более активно реагировать на складывающиеся условия внешней среды, избегая неблагоприятных стечений обстоятельств или рассредоточиваясь по территории для компенсации снижения запаса ресурса на единицу площади. Подвижность облегчает им и защиту от хищников.

Растения прикреплены («заякорены») к почве и должны реагировать на меняющиеся абиотические (засуха, засоление и т.д.) или биотические (хищники, паразиты, конкуренция с более сильным партнером) условия за счет морфологических и физиолого-биохимических адаптаций.

Гетерогенность популяций

Любая природная популяция гетерогенна, т.е. состоит из особей, различающихся по фенотипическим и (или) генотипическим признакам.

Одна из форм фенотипической гетерогенности – присутствие в популяции особей разного возраста (разных возрастных когорт). Однако даже в составе одной возрастной когорты могут быть индивидуумы, развитые лучше и хуже, т.е. обладающие разным виталитетом (Злобин, 1993, 1994). Наиболее доступным и информативным показателем виталитета у растений является их размер (вес): чем растение лучше развито, тем выше его виталитет.

Фенотипическая дифференциация животных не столь наглядно выражена, как у растений, тем не менее в их популяциях возникают «социальные структуры» – семейные группы, в которых дифференцируются процветающие, средние и слабые особи. Лидеры семейных групп всегда отличаются более мощным сложением, которое позволяет им легче отстаивать свои права на лучшие условия. Как правило, слабые особи оказываются оттесненными к периферии группы и становятся добычей хищников.

Фенотипическое разнообразие организмов в популяциях повышает полноту использования ресурсов (даже стадо из коров и телят полнее использует травостой пастбища, чем стадо только из коров или только из телят).

В популяциях растений часто отмечается значительная генотипическая вариация за счет сосуществования нескольких экотипов, которые определяются как «…внутривидовые генетически предопределенные локальные соответствия между организмами и средой» (Бигон и др., 1989, т. 1, с. 49).

Удивительные примеры сосуществования экотипов клевера ползучего были выявлены Р. Теркингтоном и Дж. Харпером (Turkington, 1978; Turkington, Harper, 1979). Клевер ползучий легко размножается вегетативно, авторы клонировали особи клевера, которые произрастали рядом с разными злаками (ежой сборной, бухарником, райграсом многолетним и др.). Как оказалось, отношения соседства привели к тонкой биотической дифференциации – отбору особых экотипов клевера, которые в культуре «узнавали» своего соседа и отвечали на это усилением роста.

В последние годы большой материал о генотипическом разнообразии внутри популяций растений получен методами изоферментного анализа (изоферментных генетических маркеров). В частности, было выявлено, что в большинстве популяций древесных растений отмечается достаточно высокое генотипическое разнообразие, возрастающее в экстремальных условиях у границ экологического ареала вида.

Генотипическая вариация в популяциях некоторых видов животных, видимо, ниже, чем в популяциях растений, так как, обладая подвижностью, животные разных экотипов распределяются по популяциям или микросайтам внутри одной популяции. В то же время отмечены случаи сосуществования в одной популяции животных нескольких (чаще двух) экотипов у малоподвижных видов, таких, как улитки (Бигон и др., 1989). В популяциях саранчей есть две формы, резко отличающиеся по внешнему виду – «стационарная» (одиночная) и мигрирующая (стадная), причем соотношение этих форм меняется в зависимости от условий года.

Генотипическая гетерогенность популяций, также как и фенотипическая, повышает эффективность использования ресурсов и способствует повышению продуктивности и устойчивости. Например наличие в составе популяции растений раннецветущего и позднецветущего экотипов повышает ее устойчивость к заморозкам, наличие экотипа, более активно накапливающего цианиды – устойчивость к фитофагам и т.д.

Гетерогенность природных популяций моделируется в практике сельского хозяйства: используются смеси из нескольких сортов культурных растений с разными экологическими особенностями (более засухоустойчивого и менее засухоустойчивого, высокого и низкого и т.д.). Такие смеси сортов дают более устойчивый урожай, хотя в отдельные годы, наиболее благоприятные для одного или другого сорта-экотипа, его урожай в чистом посеве может быть выше.

Наличие экотипов, устойчивых (преадаптированных) к действию гербицидов, объясняет феномен быстрого «приспособления» сорных видов к химическим мерам контроля их популяций. Подобные экотипы могут отбираться и по устойчивости к загрязнению почвы тяжелыми металлами.

Генотипическое разнообразие внутри популяций ставит дополнительные задачи перед охраной биоразнообразия, которая должна обеспечивать сохранение не только видов, но и их экотипов.

 

Вопрос 7

Разрушение литосферы

Литосфера – это верхняя твердая оболочка Земли, мощность которой составляет 50-200 км. Верхний слой литосферы называется земной корой. В настоящее время на литосферу оказывает сильнейшее техногенное влияние человек, что стало одним из факторов разрушения биосферы.

В результате антропогенного вмешательства в литосферу искусственные (или техногенные) грунты уже покрывают более 55% площади городских территорий, а в ряде урбанизированных районов (Европа, Япония, Гонконг и др.) — 95-100% территории, а их мощность достигает нескольких десятков метров.

Если к 1985 г. суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохранилища, каналы и т. п.), составляла около 8%, то к 1990 г. она превысила 10%, а к 2000 г. возросла до 15%, т. е. примерно до 1/6 площади суши Земли.

Важным фактором разрушения литосферы является добыча полезных ископаемых открытым способом, которую широко практикуют развитые страны на территории бедных стран.

В РФ общая площадь земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, а также занятых отходами горного производства, превысила 2 млн га, из которых 65% приходится на европейскую часть страны. Только в Кузбассе угольными карьерами занято свыше 30 тыс. га, а в районе Курской магнитной аномалии — более 25 тыс. га плодородных угодий.

Немалый «вклад» в изменение литосферы внесла гидромелиорация. Суммарная длина только искусственных водохранилищ, построенных на территории бывшего СССР к середине 1980-х, равнялась длине экватора Земли. На всем их протяжении развивались и продолжают развиваться различные геологические процессы (активизация склоновых процессов — смыв грунта, переработка берегов, подтопление и т. д.)

Фактором, нарушающим литосферу, является откачка грунтовых вод, вызывающая опускание поверхности. Из-за больших водозаборов из грунтовых вод активизируются карстовые процессы. По этой причине в Уфе зарегистрировано 80 провалов, в Дзержинске — 54. В северо-западной части Москвы образовались 42 карстовые воронки диаметром до 40 м при глубине 1,5-8 м.

Нарушение целостности литосферы происходит также при строительстве угольных шахт и добыче нефти. Например, в результате добычи нефти и газа почти на 9 м произошло оседание грунта в городе Лонг-Бич (США).

Крупные вмешательства человека в литосферу стали причиной землетрясений. Чаще всего землетрясения техногенного происхождения возникают в связи с созданием крупных и глубоких водохранилищ.

Вопрос 8

Радиоактивное заражение — загрязнение местности и находящихся на ней объектов радиоактивными веществами.

Радиоактивное заражение происходит при:

· ядерном взрыве в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва и наведённой радиации, обусловленной образованием радиоактивных изотопов в окружающей среде под воздействием мгновенного нейтронного и гамма-излучений ядерного взрыва; поражает людей и животных главным образом в результате внешнего гамма- и (в меньшей степени) бета-облучения, а также в результате внутреннего облучения (в основном альфа-активными нуклидами) при попадании радиоизотопов в организм с воздухом, водой и пищей.

· техногенных авариях (утечках из ядерных реакторов, утечках при перевозке и хранении радиоактивных отходов, случайных утерях промышленных и медицинских радиоисточников и т. д.) в результате рассеяния радиоактивных веществ; характер заражения местности зависит от типа аварии.

Радиоактивное заражение — результат выпадения из поднятого в воздух облака значительного количества радиоактивных веществ. Три основных источника радиоактивных веществ в зоне взрыва — продукты деления ядерного горючего, не вступившая в реакцию часть ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образовавшиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов (наведенная радиоактивность).

Оседая на поверхность земли по направлению движения облака, продукты взрыва создают радиоактивный участок, называемый радиоактивным следом. Плотность заражения в районе взрыва и по следу движения радиоактивного облака убывает по мере удаления от центра взрыва. Форма следа может быть самой разнообразной, в зависимости от окружающих условий.

Радиоактивные продукты взрыва испускают три вида излучения: альфа, бета и гамма. Время их воздействия на окружающую среду весьма продолжительно.

В связи с естественным процессом распада радиоактивность уменьшается, особенно резко это происходит в первые часы после взрыва.

Поражение людей и животных воздействием радиационного заражения может вызываться внешним и внутренним облучением. Тяжелые случаи могут сопровождаться лучевой болезнью и летальным исходом.

Основные загрязняющие радиоактивные компоненты:

· Йод-131 — является бета- и гамма-радиоактивным, период полураспада — около 8 суток. В связи с бета-распадом, вызывает мутации и гибель клеток, в которые он проник, а также — окружающих тканей на глубину нескольких миллиметров. Концентрируется в основном в щитовидной железе.

· Стронций-90 — период полураспада — примерно 28,8 лет. В окружающую среду ⁹⁰Sr попадает преимущественно при выбросах с АЭС и ядерных взрывах. Крайне опасен. Откладывается, в основном, в костных тканях (костях).

· Цезий-137 — период полураспада — 30 лет . Один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Выброс ¹³⁷Cs в окружающую среду происходит в основном в результате аварий на предприятиях атомной энергетики и испытаний ядерного оружия.

· Кобальт-60 — период полураспада примерно равен 5,3 года.

· Америций-241 — период полураспада примерно равен 433 года.

 

Вопрос 9

Загрязнение атмосферы — принесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение их естественной концентрации. В атмосферу попадают сотни веществ, которые отсутствуют в природе. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы. Загрязнение атмосферы относится к числу факторов, наиболее опасных для здоровья человека.

Факторы загрязнения атмосферы могут быть связаны как с естественными природными процессами, так и с деятельностью человека. К естественным источникам относят природные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, поступающие в атмосферу в результате вулканических извержений вулканов, лесных пожаров. Кроме того, естественными загрязнителями воздуха являются пыль, образующаяся в результате разрушения горных пород, пыльца растений, выделения животных и т.п.

Главными антропогенными источниками загрязнения атмосферы являются транспорт, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность, электроэнергетика, нефтедобывающая и химическая промышленность.

По характеру загрязнения атмосферы:

· физическое — механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы тёплого воздуха и т. п.)

· химическое — загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха это: оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак

· биологическое — в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.

К последствиям загрязнения атмосферы Земли можно отнести парниковый эффект, кислотные дожди, смог, туман и озоновые дыры.

Смог – туманная завеса над промышленными предприятиями и городами, образованная из газообразных отходов, в первую очередь диоксида серы. Предпосылками для формирования смога является безветренная тихая погода, способствующая накоплению выхлопных газов транспорта и выбросов из невысоких труб.

В результате загрязнения атмосферы продуктами сгорания ископаемых видов топлива в атмосферу ежегодно поступает около 20 млрд. тонн углекислого газа, который относится к парниковым газам. Накопление парниковых газов препятствует нормальному теплообмену между Землей и космосом, сдерживает тепло, накапливаемое в результате хозяйственной деятельности и природных процессов.

Дальнейшее накопление углекислого газа в верхних слоях атмосферы приведет к таянию ледников и подъему уровня Мирового океана. Смещение климатических зон вызовет катастрофические наводнения, засухи и пыльные бури. Ухудшится здоровье населения, расширится ареал паразитов, переносчиков опасных инфекций.

Другое глобальное последствие загрязнения атмосферы, с которым человечество уже столкнулось – разрушение озонового слоя. Говоря об экологических последствиях загрязнения атмосферного воздуха, следует упомянуть и такое явление, как кислотные дожди, возникающие из-за выбросов атмосферу кислотных оксидов и ряда других веществ.

Основными мерами борьбы с загрязнением атмосферы являются: строгий контроль выбросов вредных веществ. Нужно заменять токсичные исходные продукты на нетоксичные, переходить на замкнутые циклы, совершенствовать методы газоочистки и пылеулавливания. Большое значение имеет оптимизация размещения предприятий для уменьшения выбросов транспорта.

На уровне конкретных источников вредных выбросов должны предприниматься меры по предотвращению или хотя бы снижению загрязнения воздуха. К таким мерам относится очистка воздуха от пыли, аэрозолей и газов. Наиболее действенные методы здесь – это инерционное («циклоны») или механическое (фильтрация) пылеулавливание, адсорбция газообразных загрязнений, дожигание продуктов сгорания.

Загрязнение гидросферы

В мировом масштабе в качестве основного загрязнителя гидросферы сегодня выступают нефть и нефтепродукты, попадающие в водную среду в результате добычи нефти, ее транспортировки, переработки и использования в качестве топлива и промышленного сырья. Среди других продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду занимают детергенты — очень токсичные синтетические моющие вещества. Они плохо поддаются очистке, а между тем в водоемы их попадает не менее половины от начального количества. Детергенты часто образуют в водоемах слои пены, толщина которых на шлюзах и порогах достигает 1 м и более. «Коварными» промышленными отходами, загрязняющими воду, являются тяжелые металлы: ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово и др., а также радиоактивные элементы. Особую опасность для водной среды представляет ртуть (метилртутные фракции).
Одним из наиболее значительных источников загрязнения водных ресурсов становится сельское хозяйство. Это проявляется прежде всего в смыве удобрений и попадании их в водоемы. В науке широко известен эффект эвтрофикации водоемов вследствие загрязнения их азотными и фосфорными удобрениями. Все чаще водные ресурсы загрязняются гербицидами и пестицидами.

Специфическим видом загрязнения гидросферы является термическое. Когда электростанции употребляют воду для конденсации отработанного пара, они возвращают ее в водоем подогретой на 10—30 °С. Это приводит к уменьшению содержания кислорода в водной среде, увеличению токсичности имеющихся в ней загрязнителей, уменьшению доступа света к водной растительности, стимулированию роста вредных синезеленых водорослей и т. п.

К числу наиболее вредных химических загрязнений относятся нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадает более 10 млн. т нефти. А нефтяная плёнка нарушает все физико-химические процессы: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, рыба уходит или погибает, но и осевшая на дно нефть долгое время вредит всему живому. Нарушается обмен океана с атмосферой: энергией, газами, теплом и влагой, в результате перестаёт размножаться планктон – основной продукт питания морских обитателей.

Разрушение почв

Эро́зия (от лат. erosio — разъедание) — разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.

Эрозия почвы — разрушение почвы.

По скорости развития эрозию делят на нормальную и ускоренную. Нормальная имеет место всегда при наличии сколько-либо выраженного стока, протекает медленнее почвообразования и не приводит к заметным изменением уровня и формы земной поверхности. Ускоренная идет быстрее почвообразования, приводит к деградации почв и сопровождается заметным изменением рельефа.

По причинам выделяют естественную и антропогенную эрозию. Следует отметить, что антропогенная эрозия не всегда является ускоренной, и наоборот.

На интенсивность развития эрозионных процессов большое влияние оказывают климат, рельеф, противо- эрозионная устойчивость почв, растительность, хозяйственная деятельность человека и другие факторы.

Климат оказывает влияние на развитие эрозионных процессов в результате колебания температур, количества и интенсивности выпадающих осадков, силы ветра. От температуры зависят глубина промерзания почвы, интенсивность таяния снега и оттаивания почвы, сток талых вод, впитывание их в почву. Если постоянный снежный покров устанавливается на непромерзшей почве, то в процессе его таяния весной вода хорошо впитывается в почву и отсутствуют сток воды, смыв и размыв почвы. Если со склонов зимой снег сносится ветром, то почва оголяется, глубоко промерзает и талые воды мало впитываются, наблюдаются большой сток воды и разрушение почвы.

Рельеф служит главной причиной развития водной эрозии. Длина и крутизна склона, величина водораздела, форма поверхности склона определяют степень развития эрозионных процессов. Чем протяженнее склон и больше его крутизна, тем на большей площади и с большей интенсивностью развивается эрозия.

Степень размыва почвы и образование оврагов зависят от размера, формы и крутизны склона.

К разрушению почв приводит ее загрязнение.

При загрязнении почвы происходит накопление в ней или на ее поверхности химических веществ, представляющих опасность для живых организмов (почвенной биоты – животных, бактерий, водорослей, грибов; представителей дикой фауны, сельскохозяйственных животных и человека). В организм животных и человека эти вещества попадают с растительной пищей, а некоторые наиболее устойчивые из них – и через посредство животных, питающихся загрязненными растениями и аккумулирующих загрязняющие вещества в своих тканях (в первую очередь в печени и почках). Возможно попадание загрязнителей почв в наземные и подземные воды путем их вымывания со свалок или непосредственно из почв инфильтрационными водами.

Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу трубами промышленных предприятий, могут распространяться в направлении господствующих ветров на 50 км, хотя их основная масса оседает на почвы в пределах 8–10 км. Зона вокруг заводов нефтехимического комплекса и ТЭЦ опасно загрязнена и в большинстве случаев не может использоваться для сельского хозяйства и садов. Наиболее устойчивым является загрязнение почв тяжелыми металлами, очищение от которых возможно с помощью растений, выносящих металлы (например, одуванчик активно концентрирует из почвы свинец), и последующего захоронения собранной фитомассы. Но это весьма длительная и дорогостоящая процедура.

Неплохой эффект может дать глубокая вспашка, при которой верхний, загрязненный, слой почвы опускается на глубину 50–70 см, а нижние слои поднимаются на поверхность. Для этого используются специальные многоярусные плуги (хотя глубокие слои все равно остаются загрязненными). Наконец, на загрязненных тяжелыми металлами (но не радионуклидами) почвах можно выращивать культуры, не используемые в качестве продовольствия или кормов, например цветы, лен, хлопок и др.

К числу наиболее опасных относится также нефтяное загрязнение, которое отмечается в РБ на нефтепромыслах и в местах разрывов нефтепроводов. Нефть обволакивает почвенные частицы, из-за чего почва не смачивается водой, гибнет микрофлора, растения не получают должного питания. Наконец, частицы почвы слипаются, а нефть постепенно переходит в иное состояние: ее фракции становятся более окисленными, затвердевают, и при сильном загрязнении почва напоминает асфальтоподобную массу. Бороться с таким явлением очень трудно.

Загрязнение почв, вызываемое автотранспортом, обычно ограничивается придорожными полосами шириной 50–200 м. Наиболее обычные тяжелые металлы в почве: свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий.

10

За счет того, что разные организмы приспосабливались к разным условиям среды по-разному, в процессе эволюции сформировалось биологическое разнообразие (биоразнообразие) – совокупность видов всех организмов.

Общее число ныне известных видов составляет около 2,5 млн., причем, почти 1,5 млн. из них – насекомые, еще 300 тысяч – цветковые растения. Всех других животных примерно столько же, сколько цветковых растений. Водорослей известно немногим более 30 тысяч, грибов – около 70 тысяч, бактерий – менее 6 тысяч, вирусов – около тысячи. Млекопитающих – не более 4 тысяч, рыб – 40 тысяч, птиц – 8600. В Башкортостане число видов цветковых – более 1600, голосеменных – 2, папоротников – 30, хвощей – 8 плаунов – 6, мхов – около 400, водорослей – около 500, млекопитающих – 80, птиц – около 300, рыб – 50, земноводных и пресмыкающихся – по 10, насекомых – более 10 000 (на самом деле, видов насекомых, конечно, много больше, но эта группа организмов недостаточно изучена).

На сегодняшний день биоразнообразие планеты выявлено далеко не полностью. По прогнозам, общее число видов организмов, живущих на Земле, составляет не менее 5 млн. (а по некоторым прогнозам – 15 и даже 30 млн.). Неизвестные виды – это в основном обитатели тропиков из числа мелких насекомых и грибов.

Биоразнообразие Башкортостана, как и всей планеты, является важнейшим невозобновимым ресурсом, который необходимо охранять.

 

11

Пресные воды на поверхности континентов образуют реки, озера, болота. Человек для своих нужд создает искусственные пруды и крупные водохранилища. Составляя весьма малую часть от всех экосистем биосферы, пресноводные экосистемы для человека имеют непреходящее значение вследствие следующих особенностей: 1) пресные воды — практически единственный источник для бытовых и промышленных нужд; 2) пресноводные экосистемы представляют собой самую удобную и дешевую систему переработки отходов; 3) уникальность термодинамических свойств воды, способствующих уменьшению температурных колебаний среды. Водные экосистемы снабжают водой населенные пункты и промышленные объекты. В РБ ежегодно используется более 1300 млн. куб. м воды, в том числе половина – на промышленные и 1/3 – на хозяйственно-бытовые нужды, остальное – на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение. Для уменьшения водозаборов в промышленности внедряется оборотное водоснабжение, при котором вода используется многократно. Значительно снизить расход воды на хозяйственно-бытовые нужды можно при ее более экономном использовании.

Водные экосистемы являются источником рыбы и промысловой дичи. В настоящее время происходит сильное загрязнение водных экосистем, которое будет рассмотрено в главах, посвященных городской и промышленной экологии.

Таким образом, основные направления рационального использования водных экосистем – это уменьшение водозаборов, снижение уровня загрязнения за счет уменьшения сброса в водоемы промышленных и бытовых стоков, соблюдение правил рыбной ловли и охоты, разведение рыбы в естественных озерах и искусственных прудах.

 

 12

Вид – это систематическая категория. Группы особей одного вида могут быть отдалены друг от друга на тысячи километров и не иметь никаких взаимоотношений.

Популяция – это совокупность особей одного вида в пределах однородных условий с числом, достаточным для ее самовоспроизведения. Чем крупнее особи, тем меньше это число. Для крупных животных, таких, как слон, зубр, тигр, оно составляет 200-400 особей, для насекомых – имеет порядок тысяч.

Важнейшей характеристикой популяции является ее плотность, т.е. количество особей, отнесенное к единице площади. У животных, которые подвижны, плотность популяций зависит от соотношения интенсивностей процессов рождаемости, смертности, иммиграции (прибытия) и эмиграции (выбытия) из популяции. Человек регулирует плотность популяций при подборе нормы высева культурных растений и проведении рубок ухода в лесу, когда лесники способствуют формированию древостоя нужной плотности, вырубая более слабые деревья до того, как они выпадут естественным путем.

На основе знания потенциала восстановления популяции определяются нормы отстрела промысловых животных и вылова рыбы. Отрицательно на состоянии популяций может влиять вселение новых видов. Человек преднамеренно вселяет (интродуцирует) виды в различные районы мира. Так, в озера РБ вселена пелядь. Многие виды попадают в новые для них районы “самостоятельно”, как заносные. Они могут вытеснять местные виды (например, американская норка вытесняет местную). Природные популяции состоят из разнокачественных особей, которые различаются по возрасту и степени развития. Кроме того, в популяциях могут присутствовать разные генетические варианты – экотипы. Особи разных экотипов различаются по требованиям к условиям среды и ритмике развития (у растений – с разным временем зацветания, разной устойчивостью к морозам, засухе и т.д.).

 

28.)

Перед человечеством сегодня стоит много экологических проблем. Они частично связанны с жизнедеятельностью человека. Перечислим наиболее главные и охарактеризуем эти проблемы.

1.Вырубка леса. Лес, как известно, дает нам чистый кислород, древесину ягоды и грибы. Но сейчас довольно часто происходит вырубка лесов в России, Африки и Латинской Америки. Данные леса отличает высокое качество растущей там древесины. Вырубка лесов идет большими темпами, чем их посадка. Сегодня довольно много браконьеров, охотящихся за ценными породами деревьев. И если темпы вырубки сохранится на сегодняшнем уровне и дальше, то скоро многие крупные страны просто лишаться такого богатства как лес.

2.Истощение почвы. Почва – это объект, еще медленнее восстанавливающийся, чем лес. Неправильное применение сельскохозяйственных приемов приводит к тому, что почвы со временем истощаются. Плохо влияет применение ядохимикатов, которые используют для борьбы с жуками - вредителями. Еще одной серьезной проблемой остается довольно высокое использование пастбищ, вследствие чего они превращаются в пустыни. Здесь необходимо принимать правильные меры рекультивации земель.

3.Опустынивание земель. Вырубка леса, неправильные методы ведения сельского хозяйства приводят к тому, что появляется опустынивание. Так, например, в Африке пустыни наступают со скоростью 100 тыс. га в год. Проблема эта актуальна и в других странах, таких как Индия и Пакистан, Аргентина, Мексика.

4. Истребление животных. Вырубаемые леса включают много различных животных Земли. Сокращение мест обитания для диких животных приводит к их уничтожению, сокращению многих видов. Еще одна проблема это браконьерство или нелегальная охота. Любовь людей к красивым шкурам наблюдается еще с древних времен. Привычка эта надо сказать осталась. Сегодня охота идет на тигров, крокодилов из-за их кожи, слонов из-за его бивней, носорогов из-за рогов. Уже и так достаточно много животных занесенных в Красную книгу. Если не остановить истребление, мы скоро забудем вообще, даже как выглядят животные.

5. Формирование твердых отходов. Сегодня наша жизнь, питание людей невозможна без таких вещей как консервные банки, полиэтилен и другие. Их проблема в том, где их хранить после утилизации, при этом страдает экология. Такие отходы довольно не просто утилизировать, разработанных технологий по утилизации еще не придумали.

6. Вода. Вырубка лесов приводит и к еще одной проблеме это проблема нарушения водного баланса Земли. Уже сегодня Азия и Африка находятся в таком месте, где мало выпадает осадков, а люди в таких странах испытывают острую нехватку - простой питьевой воды. Неправильная орошительная система приводит к потере воды при ее транспортировке испарения и неравномерного распределения воды. Резко актуальна проблема потребления воды жителями больших городов, на которых приходиться 300-400 л воды в день. Да и экология самих рек не особо хорошая. Потому что их загрязняют промышленные предприятия. Многие реки и озера находятся под запретом купания и вылова рыбы из-за неблагоприятных условий.

7. Загрязнения воздуха. Бурное развитие промышленности во многих интенсивно развивающихся странах приводит к проблеме загрязнения воздуха. Из-за устаревшего очистительного оборудования, выхлопов машин и автотранспорта, сжигания отходов может загрязниться воздух. Конечно, надо принимать меры, помогать природе - бороться за очистку. Но не везде данная проблема выноситься на обсуждения, где-то ее просто игнорируют.

Вот такие главные проблемы. Конечно, есть и другие, но эти проблемы влияют на развитие и жизнедеятельность всего человечества в целом.. Бурное развитие промышленности во многих интенсивно развивающихся странах приводит к проблеме загрязнения воздуха. Из-за устаревшего очистительного оборудования, выхлопов машин и автотранспорта, сжигания отходов может загрязниться воздух. Конечно, надо принимать меры, помогать природе - бороться за очистку. Но не везде данная проблема выноситься на обсуждения, где-то ее просто игнорируют.

Вот такие главные проблемы. Конечно, есть и другие, но эти проблемы влияют на развитие и жизнедеятельность всего человечества в целом.

В России.

Качество окружающей природной среды в России очень неоднородно по регионам. Ок. 65% территории страны (более 11 млн км²) в соответствии с критериями ЮНЕП (Программа ООН по охране окружающей среды) характеризуются как «дикая природа», или ненарушенные экосистемы, т.е. почти незатронутые хозяйственной деятельностью, полностью сохранившие биопродуктивность и биоразнообразие (для мира в целом этот показатель составляет 27%). На долю России приходится св. ¹/₅ части суши с ненарушенными экосистемами. В европейской части это, прежде всего, северо-восточные районы; в азиатской – почти весь север Вост. Сибири и Дальнего Востока, а также обширные районы Зап. Сибири. Эти массивы образуют крупнейшую в мире зону стабилизации глобальной окружающей среды, представляя собой уникальный экологический ресурс для восстановления биосферы Земли.

На 20% территории России характеристики окружающей среды удовлетворительны по критериям экологической безопасности, экосистемы сохраняют воспроизводственный потенциал, хотя и обеднены в результате хозяйственных воздействий, повлекших снижение биопродуктивности и частичную утрату биоразнообразия. Вместе с тем, примерно на 15% территории состояние окружающей среды не соответствует нормативам, определяющим уровень экологической безопасности людей. Это районы сосредоточения основной части населения, производственных мощностей и наиболее продуктивных сельскохозяйственных угодий. Природные экосистемы сильно угнетены или деградировали, их стабилизация или, тем более, восстановление невозможны при современной величине антропогенной нагрузки на них.

Экологическое неблагополучие – следствие прямого уничтожения естественных экосистем (вырубка лесов, распашка степей и лугов, осушение болот и пр.) или негативных антропогенных воздействий (загрязнение атмосферного воздуха, водных объектов, почвы отходами производства и потребления или в результате антропогенных аварий, подтопление либо иссушение земель при гидромелиоративных работах, дорожном и промышленном строительстве и пр.).

К сер. 1990-х гг. в стране наступила экологическая стабилизация, вызванная существенным сокращением выбросов загрязнений в атмосферу, сброса неочищенных сточных вод и размещения твёрдых отходов производства и потребления. Но в неблагополучных регионах за последнее десятилетие экологическая ситуация не улучшилась; даже снизившийся поток загрязнений превышает здесь ассимиляционные возможности имеющихся экосистем, так что угроза их дальнейшей деградации сохраняется. Существенное загрязнение атмосферного воздуха в городах и городских агломерациях, неудовлетворительное положение с обезвреживанием токсичных отходов, сверхнормативное загрязнение источников питьевого водоснабжения имеют место более чем в 30 субъектах РФ. Практически во всех субъектах Федерации регулярны лесные пожары; ежегодно они поражают десятки и сотни тысяч гектаров лесопокрытой территории. Повсеместно остры и проблемы истощения сельскохозяйственных угодий, снижения плодородия почв. Под угрозой исчезновения многие виды растений, грибов и животных.

В 2000 тенденция изменилась к худшему: впервые с 1987 произошло увеличение объема негативных воздействий на окружающую среду, что связано с ростом производства в условиях ослабления природоохранной системы вследствие резкого сокращения численности занятых в ней по причине радикального структурного преобразования.

Сложная экологическая обстановка в наиболее населенных регионах страны – не столько результат кризисных явлений в экономике, сколько следствие сформировавшихся за многие десятилетия структурных деформаций хозяйства, приведших к доминированию ресурсоёмких и энергоёмких технологий, сырьевой ориентации экспорта, падению технологической дисциплины, а также чрезмерной концентрации производства, характерной для наиболее экономически развитых регионов. Эти факторы вместе с недостаточным выделением бюджетных ассигнований на решение экологических проблем, нерациональной, а подчас хищнической эксплуатацией природных ресурсов, низким качеством управления природоохранной деятельностью обусловливают серьёзную опасность дальнейшего ухудшения экологической ситуации.

Атмосферный воздух. Контроль загрязнения атмосферного воздуха осуществляется специальной сетью наблюдений, которая в 2003 имела 682 пункта в 253 городах (в 1991 – 1185 пунктов в 334 городах), причём не во всех пунктах наблюдения проводятся регулярно. В шести субъектах РФ (Адыгея, Ингушетия, Кабардино-Балкария, Калмыкия, Карачаево-Черкесия, Чеченская Республика) пунктов сети контроля загрязнения атмосферного воздуха нет. Измерения в основном ведутся по 13 позициям: взвешенные вещества, диоксид серы, диоксид азота, оксид азота, оксид углерода, бенз(а)пирен, аммиак, фтористый водород, сажа, сероводород, сероуглерод, фенол, формальдегид. Основные показатели: средняя за год концентрация и максимальная (в течение года) концентрация загрязняющего вещества. Для вышеперечисленных 13 загрязняющих веществ (поллютантов), а также для ряда других (ацетальдегид, хлорид водорода, этилбензол и пр.), по которым регулярные наблюдения проводятся только в некоторых пунктах сети, установлены нормативы загрязнения – предельно допустимые концентрации (ПДК), превышение которых представляет опасность для человека и экосистем.

В 2003 превышение среднегодовой ПДК хотя бы одного поллютанта было зарегистрировано в 210 городах с общим населением 66 млн чел. (в 2000 – 202 города, 64,5 млн чел.). Среднегодовые концентрации 9 из 13 наиболее распространённых поллютантов за период 1991–99 снизились (наибольшее снижение для бенз(а)пирена – на 55% и диоксида серы – на 49 %), но для 4 загрязнителей возросли, это прежде всего концентрации диоксида азота (на 13%) и оксида углерода (на 15%) вследствие расширения автомобильного парка при неудовлетворительном техническом состоянии большого числа автомобилей и низком качестве бензина и дизельного топлива. Снизились и максимальные концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, кроме диоксида азота и оксида углерода. В 2000 и в последующие годы наблюдалось незначительное снижение концентраций ряда поллютантов, по диоксиду серы и формальдегиду заметных изменений не произошло, но для бенз(а)пирена наметилась крайне тревожная тенденция быстрого роста: за 2000–03 загрязнение им почти удвоилось, в 105 городах зафиксированы более чем пятикратные среднемесячные превышения ПДК по этому опаснейшему загрязнителю. В наиболее неблагополучных городах средние за год концентрации отдельных поллютантов весьма значительны и превышают 7 ПДК.

Отмечаются случаи разовых превышений концентрации загрязнителей в десятки ПДК. В течение 1991–99 в 30 и более городах (с общим населением не менее 17,5 млн человек) максимальные концентрации хотя бы одного из поллютантов за год превышали 10 ПДК. В 2000 число таких городов увеличилось до 40 (наиболее значительные загрязнения были зарегистрированы в Ачинске – 36,5 ПДК по диоксиду азота, Екатеринбурге – 30,7 ПДК по этилбензолу, Красноярске – 53,2 ПДК по сероводороду, 44,5 ПДК по этилбензолу и 30 ПДК по ксилолу, Южно-Сахалинске – 35,1 по саже), к 2003 – число таких городов возросло – 48 (с общей численностью населения 20,6 млн чел).

В международной экологической статистике используется обобщающий показатель – индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), который сводит к одной величине совокупность частных показателей загрязнения по отдельным веществам. Уровень загрязнения считается высоким, если 7≤ИЗА<14, и очень высоким, если ИЗА≥14. Индикатор ИЗА фиксирует, что с 1987 по 1999 состояние атмосферного воздуха в городах в целом улучшалось, но в 2000 произошло заметное ухудшение: в 69 городах уровень загрязнения оценивался как высокий, в 30 – как очень высокий (в 1999, соответственно, в 65 и 25 городах, в 1996 – в 72 и 44 городах), среди них – Москва (отдельные крупные районы, в т.ч. Центральный и Юго-Вост. округа), Благовещенск, Владимир, Екатеринбург, Иркутск, Кемерово, Красноярск, Краснодар, Курган, Липецк, Магадан, Омск, Ростов-на-Дону, С.-Петербург (отдельные крупные районы), Саратов, Томск, Тюмень, Улан-Удэ, Хабаровск, Чита, Южно-Сахалинск (перечислены только административные центры субъектов РФ). В 2003 высокий уровень загрязнения был зафиксирован уже в 200 городах (с общим населением 61,5 млн чел., что составляет примерно 60% численности городского населения), в т.ч. очень высокий – в 45; практически загрязнение воздуха городов возвратилось к уровню середины 1990-х гг.

Общие валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу из стационарных источников в России ежегодно снижались начиная с 1987, когда они составляли более 39 млн т, в среднем примерно на 4–5% в год – 32 млн т в 1991, 18 млн т в 1999; по массе из основных поллютантов доминируют четыре: диоксид серы (более 30% валовых выбросов), оксид углерода (ок. 25%), твердые вещества (ок. 15%) и окислы азота (ок. 10%); в 2000 зафиксирован рост валовых выбросов более чем на 1 млн т. (на 5,5 %).

В состоянии атмосферного воздуха на Европейской части России существенную роль играет трансграничный перенос поллютантов на большие расстояния, из них наибольшую опасность представляют окислы серы и азота, выпадение которых с атмосферными осадками способствует закислению почвы, и восстановленный азот, усиливающий эвтрофирование водоёмов. В соответствии с западным переносом воздушных масс, господствующим на Европейской части России, из стран Зап., Центральной и Восточной Европы поступление поллютантов в Россию существенно превышает их перенос в противоположном направлении. Соотношения «экспорта» и «импорта» для различных поллютантов сильно отличаются и, кроме того, существенно колеблются по годам, причём нередко разнонаправленно, поскольку зависят от многих, в т.ч. погодных, факторов. В 1990-е гг. по окисленной сере импорт из Европы в Россию в 3,2–8,6 раза превышал экспорт (в 2000 – в 6,2 раза), по окисленному азоту – в 3,2–9,4 раза (в 2000 – в 3,8 раза), по восстановленному азоту – в 3,6–9,2 раза (в 2000 – в 6,5 раза). Выпадения окисленной серы на Европейской части России из зарубежных и собственных источников по объёму близки, на них приходится примерно по 40–47 %, остальные выпадения (порядка 10 %) имеют природное или внеевропейское антропогенное происхождение. По выпадениям окисленного азота на импорт приходится 30–37 %, на собственные источники – 50–57 %, на прочие источники – порядка 10 %. Соответствующее среднее соотношение по восстановленному азоту: 30 % – 65 % – 5 %. Суммарные среднегодовые выпадения окисленной серы на Европейской части России составляли за 1991–2000 гг. порядка 1,5 млн т в год, окисленного азота – 0,6 млн т, восстановленного азота – 750 тыс. т.

Водные объекты. Мониторинг состояния поверхностных вод суши осуществляется сетью наблюдений, которая в 2000 включала 2509 створов на 1195 водных объектах (в 1998 – 2617 створов на 1363 водных объектах). Экологическое состояние многих водных объектов в наиболее населённых и промышленно развитых районах России неудовлетворительно. Основные реки – Волга, Дон, Кубань, Днепр, Сев. Двина, Печора, Урал, Обь, Енисей, Лена, Колыма, Амур оцениваются как «загрязнённые», местами – как «грязные» и «очень грязные», крупные притоки – Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Миасс, Исеть, Тура – как «очень грязные», местами – «чрезвычайно грязные». Экологическое состояние ряда менее значительных рек следует признать катастрофическим, напр. в воде р. Охинка (о. Сахалин) за 2003 содержание нефтепродуктов превышало 487 ПДК, причем максимальная зарегистрированная концентрация составляла 1092 ПДК. С 1991 в основном снизилось загрязнение водных объектов промышленностью и сельским хозяйством, зато возросло негативное воздействие на них застройки водоохранных зон, особенно вблизи крупных городов.

Внушает опасения экологическая динамика крупнейшего по запасам пресной воды озера планеты – Байкал с его уникальной экосистемой, для которой характерны многие эндемичные (т.е. нигде более не встречающиеся) виды гидробионтов. Загрязнение Байкала обусловлено стоком впадающих в него рек, прежде всего р. Селенга, сбросами коммунальных служб населённых пунктов, расположенных на его берегах, деятельностью промышленных предприятий, среди которых по разрушительному воздействию на экосистему доминирует Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат (г. Байкальск Иркутской обл.), изменениями уровня озера вследствие деятельности ГЭС, расположенных на Ангаре, воздушным переносом поллютантов.

С нач. 1990-х гг. происходило уменьшение суммарного забора воды из источников всех видов (с 131,8 км³ в 1991 до 82,4 км³ в 2003) - более чем на 37%. Использование свежей воды составило 64,1 км³, в т.ч. пресной воды – 50,1 км³ из поверхностных источников и 8,5 км³ – из подземных, морской воды – 5,5 км³. Сброс загрязнённых сточных вод сократился на 32 % (с 28,0 км³ в 1991 до 19,0 км³ в 2003). При этом общий объём вод, требующих очистки, составлял 21,2 км³, реально же было очищено 2,3 км³, или 11%.

Поллютанты, поступающие в поверхностные водные объекты с загрязнёнными сточными водами, весьма многочисленны и разнообразны. Среди них – нефтепродукты (в 1991 в водоёмы былосброшено 30,3 тыс. т, в 1999 – 5,9, в 2003 – 5,6 тыс. т), взвешенные вещества (соответственно, 1203, 591 и 431 тыс. т), фосфор общий (57, 26,5 и 23,6 тыс. т), фенолы (0,29, 0,06 и 0,05 тыс. т), поверхностно-активные вещества (11,1, 3,0 и 2,4 тыс. т), соединения меди (0,8, 0,3 и 0,1 тыс. т), соединения железа (49,1, 9,5 и 6,5 тыс. т), соединения цинка (2,1, 0,6 и 0,5 тыс. т). Использование воды для питьевого водоснабжения из поверхностных источников, как правило, требует её очистки (для 99% забираемой воды), однако не менее 40% водопроводов не оборудовано необходимыми сооружениями, более 65% населения используют водопроводную воду, не удовлетворяющую экологическим или/и санитарно-гигиеническим нормам.

Подземные воды в среднем отличаются меньшей загрязнённостью, чем поверхностные. Однако наблюдается выраженная тенденция ухудшения их экологического состояния. Негативное воздействие на качество подземных вод оказывают промышленность (примерно 35%), сельское хозяйство (15%), жилищно-коммунальное хозяйство (10%), совместное влияние различных источников (10%) и нарушения режима эксплуатации скважин (15%), однако для питьевых подземных вод доля этого фактора составляет порядка 40%, в остальных случаях причины ухудшения не установлены. Ежегодно выявляется 200–300 эксплуатируемых участков загрязнения подземных вод (всего таких участков зарегистрировано ок. 3 тыс., из них более 500 используют для питьевого водоснабжения). Забор воды из подземных источников (включая шахтный и карьерный водоотлив) возрастал до 1991 и достиг 13,7 км³, однако затем сокращался и к 2000 снизился до 11,7 км³, относительно стабилизировался (в 2003 – 12,08 км³); с 1991 снижался средний уровень освоения разведанных запасов на 2–3% в год, в 2003 он оценивался в 18–20%. Плохо контролируемая эксплуатация подземных вод может приводить к образованию депрессионных воронок площадью до 50 тыс. км² и снижением уровня в центре воронки до 65–130 м (подобные явления зарегистрированы, в частности, в районах Москвы, С.-Петербурга, Брянска, Курска, Саранска).

Значительное, хотя и неравномерное антропогенное воздействие испытывают все моря, омывающие территорию России. Морская вода в прибрежных районах по степени загрязнения оценивается от «чистой» до «чрезвычайно грязной». К наиболее загрязнённым участкам акватории относятся бухта Золотой Рог, залив Петра Великого (Японское море), устье р. Терек, районы побережья у городов Дербент и Избербаш (Каспийское море), дельта р. Кубань (Азовское море), Невская губа (Балтийское море), отдельные участки у побережья Охотского моря.

Экологическое состояние земель и почв. Большинство земель основных промышленных и с.-х. районов России пришли в экологически неудовлетворительное состояние в период 1950–70-х гг.,в дальнейшем повсеместно сохранялась негативная динамика. Выделяют три основных фактора, определяющие эту динамику. Во-первых, в районах развитого с.-х. производства превышены экологические пределы использования земель для пашни и выпаса скота, последствиями этого являются нарушения гидрологического режима, ускорение процесса деградации почв, сокращение биоразнообразия и, как следствие, снижение способности агроценозов к частичному воспроизводству (полностью они воспроизводятся только с участием человека). Во-вторых, на экологическое состояние земель существенно влияет химическое загрязнение, особенно нефтью и нефтепродуктами, солями тяжёлых металлов, продуктами агрохимии. В-третьих, широко распространены захламление земель, их подтопление и вторичное засоление вследствие неправильной гидромелиорации и ошибок при строительстве (особенно дорожном), радиационное загрязнение (прежде всего в Брянской, Челябинской, Тульской и Калужской областях) и иные виды физических и механических воздействий и нарушений в землепользовании.

Основная причина нарушения земель (до 40% их общей площади) – деятельность предприятий добывающей пром-сти, размещение хвостохранилищ, золоотвалов, шлакоотвалов. По данным на 2003, площадь нарушенных земель составляла 1,1 млн га. Эрозии подвержено ок. 60% с.-х. угодий, эродированными или эрозионно-опасными признаны более 130 млн га. Ежегодно утрачивается более 1,6 млрд т плодородного слоя. Водная эрозия регистрируется на 17,8 % с.-х. земель.

В Поволжье, Предкавказье, Дагестане, Воронежской, Оренбургской, Омской областях, Забайкалье и некоторых других регионах (всего в 35 субъектах Федерации) имеется ок. 100 млн га земель, где регистрируется или серьёзно угрожает процесс опустынивания. Особенно острая ситуация в Калмыкии (прежде всего, на Чёрных землях) и на равнинной части Дагестана, где экосистемы приблизились к грани исчезновения (прежде всего, вследствие перевыпаса скота) и активно развивается аридизация.

Неудовлетворительно состояние земель во всех городах с населением более 1 млн чел., экологическое неблагополучие здесь квалифицируется как «наиболее высокое» или «очень высокое». Более чем в половине городов с населением от 0,5 до 1 млн чел. экологическая ситуация характеризуется как сложная. «Чрезвычайно опасным» признаётся загрязнение 0,5% населённых пунктов (в т.ч. Норильск), «опасным» – в 3,7% (в т.ч. С. -Петербург), «умеренно опасным» – в 10 % (в т.ч. Москва, Екатеринбург, Киров, Комсомольск-на-Амуре, Медногорск, Н. Тагил, Орск, Первоуральск, Череповец). Основные причины загрязнения городских земель – свалки, полигоны бытовых и промышленных отходов, выбросы автотранспорта и пром. предприятий.

Экосистемы, растительный и животный мир. Из 17 млн км²территории России 16 млн км² покрыты растительностью, в т.ч. 7,743 млн км² занимают леса, 1,394 млн км² – болота. Экологическое значение лесных и болотных экосистем определяется прежде всего тем, что они поглощают углекислый газ из атмосферы и депонируют углерод, тем самым играют важную роль в поддержании равновесной концентрации углекислого газа в атмосфере, стабилизации биосферы и системы глобального климата.

В 1990-е гг. в России наблюдалась тенденция к увеличению площади лесов, обусловленная снижением объёмов сплошных рубок главного пользования и переводом молодняков в категорию покрытых лесом земель. Расчётная лесосека (объём древесины, который может быть заготовлен в течение года на рубках главного пользования в соответствии с принципами непрерывного и неистощительного лесопользования; не превышает годового прироста) использовалась только на 19–25%. Но на особо ценные породы и лесные участки, расположенные вблизи городов и крупных населённых пунктов, либо удобные в отношении транспортных (особенно экспортных) возможностей, эта общая тенденция не распространяется – наоборот, происходит постоянный переруб, в т.ч. нелегальный, подчас катастрофический (т.е. угрожающий самому существованию соответствующей лесной экосистемы). Кроме того, постоянно растёт объём древесины, заготавливаемой при рубках ухода за лесом, санитарных рубках и т.п. (в 2000 он превысил 27% от объёма выполненных рубок главного пользования), что с учётом постоянного сокращения численности занятых в лесном хозяйстве свидетельствует не о развитии работ по лесоустройству, а о расширяющейся практике оформления коммерческих рубок в качестве лесоустроительных. Плохо контролируемые, в т.ч. несанкционированные заготовки недревесной продукции леса наносят значительный ущерб биоразнообразию лесных экосистем. Для лесов в пригородах больших городов и в курортных зонах серьёзным негативным фактором стала нерегулируемая рекреация. Усиливается техногенная деградация лесов вследствие загрязнения окружающей среды выбросами промышленности и транспорта и закисления почвы вследствие выпадения кислотных осадков. Недопустимо высоким является антропогенное воздействие на объекты полезащитного лесоразведения. Не всегда оправданным является перевод лесных земель в нелесные для целей, не связанных с ведением лесного хозяйства (городское, промышленное и транспортное строительство, горные разработки, объекты инфраструктуры и муниципального хозяйства и пр.).

Большое количество лесов ежегодно страдает и гибнет от пожаров, неблагоприятных погодных условий (засухи, ураганы, переувлажнение), вредителей, болезней. Ок. 90% общей площади погибших лесов приходится на пожары; они вызываются, гл. обр., антропогенными причинами. Однако их масштабы существенно зависят от погодных условий и имеют большой разброс по годам; в 2003 было зарегистрировано 33 тыс. пожаров (в 1999 – 31 тыс., в 2000 – 18 тыс.);пожарами было охвачено более 2100 га лесных земель (в 1999 – более 700, в 2000 – ок. 1300 га). В площади всех земель, поражаемых пожарами (включая торфяники, лишайники и т.п.), на долю лесных земель приходится примерно ²/₃. Общая тенденция к увеличению загораемости лесов объясняется неудовлетворительным состоянием лесопожарной службы и недостаточной воспитательной и разъяснительной работой с населением.

Объём лесовосстановительных работ во 2-й пол. 1990-х гг. стабилизировался и достиг уровня 150–200% площади сплошных рубок, однако в дальнейшем снова несколько снизился. В 2003 такие работы были осуществлены на площади 834,1 тыс. га, посадка и посев леса проведены на площади 233,1 тыс. га (соответственно, в 2000 – 972,9 тыс. га и 263,3 тыс. га). Значительная часть этих работ, однако, проводится некачественно, посадки должным образом не защищаются от негативных воздействий и нередко гибнут. Кроме того, работы по лесовосстановлению не отвечают требованиям воссоздания биоразнообразия утраченных лесных экосистем.

Луговые и степные экосистемы в хозяйственно освоенных регионах почти полностью утрачены (заменены агроценозами); они остались только на особо охраняемых природных территориях или отдельными фрагментами. Тундровые экосистемы, для восстановления которых требуются сотни лет, сильно страдают от пожаров (при этом выжигаются лишайники – основной корм северных оленей), разработок нефти и газа и строительства трубопроводов.

Деградация и уничтожение естественных экосистем поставили под угрозу исчезновения ряд видов животных, растений и грибов. Такие виды взяты под гос. охрану, внесены в Красную книгу Российской Федерации, которая регулярно обновляется и служит основным документом, определяющим меры по мониторингу популяций внесённых в неё видов, организации мер по их охране и, в отдельных случаях, воспроизводству. Последняя коррекция перечня Красной книги Российской Федерации была произведена в 1999 (исключены два вида, поскольку численность их популяций восстановилась, уточнены некоторые названия в соответствии с современной систематикой). После этой корректировки в Красной книге Российской Федерации имеется 414 видов животных (155 видов беспозвоночных, 3 – круглоротых, 39 – рыб, 8 – земноводных, 21 – пресмыкающихся, 123 – птиц и 65 – млекопитающих), 533 вида растений и грибов. В 2003 подготовлен проект новых корректировок Красной книги, предлагается увеличить количество внесённых в неё видов растений и грибов почти на треть, прежде всего за счет водорослей, лишайников, мхов и грибов; при этом 44 вида признано целесообразным исключить.

Объектами охотничьего промысла и любительской охоты являются ок. 60 видов млекопитающих и 70 видов птиц. Ухудшение состояния природной среды в течение 1970–80-х гг. и значительный рост браконьерства в начале 1990-х гг. привели к сокращению поголовья большинства из них. Стабилизация состояния окружающей среды и усиление мер охотконтроля изменили эту тенденцию, с 1997 численность большинства видов охотничьих животных возрастает или, во всяком случае, не уменьшается.

Весьма различна динамика численности популяций промысловых гидробионтов, как пресноводных, так и морских. Неуклонно сокращается численность каспийских осетровых: вследствие браконьерского лова, его объёмы значительно превышают объёмы официальной добычи (в 2003 – 327,19 т); при этом ОДУ (общий допустимый улов, норматив, совместно устанавливаемый органами управления рыболовством и охраны окружающей среды) был равен 453 т (в 2000 – соответственно 470,3 т и 555 т). Азовские осетровые находятся на грани полного исчезновения, их популяции сохраняются только благодаря работе рыбоводных предприятий. Состояние длительной депрессии характерно для некоторых ценных промысловых гидробионтов в Дальневосточном бассейне (минтай, камчатский краб, трубач и пр.). И здесь основная причина сокращения запасов – широкомасштабный незаконный лов. Дополнительная угроза популяциям гидробионтов – расширяющаяся добыча нефти и газа в Охотском море, проектируемая – в Каспийском и Баренцевом морях.

Радиационная обстановка и физические воздействия на окружающую среду. Система радиационного мониторинга в России включает более 1300 пунктов наблюдения за мощностью экспозиционной дозы g-излучения, ок. 400 – за радиоактивными атмосферными выпадениями, 54 – за радиоактивными аэрозолями, 32 – за содержанием трития в атмосферных осадках, 46 – за концентрацией стронция-90 в водах рек и пресных водоемов и 15 – за его содержанием в морских водах.

В период 1990–2003 радиационная обстановка в России повсюду оставалась стабильной либо улучшалась. Среднегодовые концентрации в воздухе долгоживущих b-радионуклидов за этот период оставалась практически на одном уровне. Суточные выпадения этих радионуклидов из года в год уменьшались и за 1990-е гг. сократились примерно в 1,5 раза. Выпадения из атмосферы цезия-137 сократились примерно втрое, по стронцию-90 и тритию после 1993 существенной динамики не наблюдалось.

Для более подробной характеристики радиационной обстановки необходимо выделить территории, подвергшиеся радиоактивному загрязнению в результате теплового взрыва на хранилище радиоактивных отходов ПО «Маяк» в Кыштыме (Челябинская обл.) в 1957 (т.н. Восточно-Уральский радиоактивный след, ВУРС), катастрофы на Чернобыльской АЭС (Украина) в 1986 и деятельности ПО «Маяк», а также локальные участки, загрязнённые другими предприятиями атомной промышленности, и точечные загрязнения во многих городах. За пределами этих территорий радиационная обстановка характеризуется как нормальная, соответствующая естественному фону. Радиационные воздействия окружающей природной среды (к ним не относятся медицинские воздействия, воздействия строительных и прочих материалов в жилищах и производственных помещениях и производственные воздействия в пределах санитарных зон предприятий) на здоровье человека и экосистемы далеко не достигают нормативных величин. Однако на выделенных территориях регистрируются различные отклонения, в т.ч. опасные и чрезвычайно опасные.

На территориях, загрязненных в результате Чернобыльской катастрофы, содержание радионуклидов в воздухе и атмосферных выпадениях повышено вследствие ветрового подъёма пыли с загрязнённой почвы, а также хозяйственной деятельности; наиболее сильное загрязнение почвы регистрируется в Брянской и Тульской областях, где в ряде местностей оно достигает 15–90 Ки/км², в 18 районах Брянской, Тульской, Калужской и Орловской областей – 5–15 Ки/км². Всего в результате Чернобыльской катастрофы были загрязнены с.-х. угодья 13 областей Российской Федерации на площади 3,5 млн га, содержание цезия-137, стронция-90 и плутония на этих землях меняется незначительно и до сих пор превосходит фоновые значения. Высокий уровень выпадений из атмосферы цезия-137 отмечается в 100-километровой зоне вокруг ПО «Маяк»: в 1993 он был в 50–150 раз выше, чем в среднем по стране, в 1996 – в 30–100 раз, в 1998 – в 20 раз. В зоне ВУРС повышена концентрация стронция-90. В г. Обнинск (Калужская обл.), в зоне расположения Физико-энергетического ин-та регистрируется снижающееся, но всё ещё заметное (хотя и существенно ниже безопасной нормы) превышение содержание плутония в приземном слое атмосферы.

Радиационное загрязнение пресноводных объектов имеет место только в гидрологических системах, зависящих от загрязнённых водосборов в зонах Чернобыльской катастрофы и ПО «Маяк». На остальных пресноводных объектах радиационная обстановка стабильна и соответствует природному фону. В реках Чернобыльской зоны (Ока, Упа, Плава и др.) наблюдается повышенное содержание цезия-137, однако максимальная из концентраций, зарегистрированных после 1998, была более чем в 20 раз ниже допустимой согласно санитарным нормативам для питьевой воды. Наиболее загрязнены реки Теча (зона АО «Маяк») и Караболка (зона ВУРС). Загрязнение Течи в целом (хотя и не монотонно) снижается, но в 2003 в районе пос. Муслюмово средняя концентрация стронция всё еще была в 2,2 раза выше безопасной для населения (в 2000 – в 1,9 раза) и примерно в 2 тыс. раз выше фоновой (в 2000 – в 1,6 тыс. раз).

Уровни радиоактивного загрязнения морской воды во всех морях, омывающих Россию, колеблются в пределах, характерных для естественного фона. Не зарегистрировано повышений радиоактивности в водах Баренцева моря вследствие аварий атомных подводных лодок «Комсомолец» и «Курск». Как удовлетворительное по содержанию радионуклидов квалифицируется качество всех источников подземных вод. Однако мигрирующие линзы сильно загрязнённых вод сформировались под озером Карачай, куда многие годы сливались жидкие радиоактивные отходы ПО «Маяк» (само озеро к 2000 было почти полностью засыпано для уменьшения риска распространения радионуклидов путём выветривания при обнажении берегов и пр.), и в районе Красноярского горно-химического комбината.

В городах России последовательно проводится работа по выявлению и обезвреживанию точечных источников радиоактивного загрязнения. Их возникновение вызвано небрежным обращением с радиоактивными отходами и радиационными приборами и устройствами в медицинских и научных организациях и на промышленных предприятиях. В частности, в 2000 такие работы проводились в 19 городах, было выявлено 242 участка с превышением радиационного фона на десятки и сотни микрорентген в час; наиболее опасные из них обезврежены.

К антропогенным физическим факторам, оказывающим неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, относятся шум, вибрация и электромагнитное излучение. Наиболее сильно воздействие этих факторов сказывается в городах, особенно крупных. Из контролируемых объектов более половины не отвечали санитарно-эпидемиологическим стандартам по уровню шума, около четверти – по уровню вибрации и электромагнитного излучения. В Москве стандарты по шуму не выполнены для 70% жилого фонда, 29% селитебной площади (6000 га), в этой зоне проживает более 30% населения города (3,25 млн чел.). За 1990-е гг. практически во всех крупных и средних городах и вдоль автомагистралей существенно возросло шумовое воздействие автотранспорта. Велико шумовое загрязнение в местностях, прилегающих к аэропортам; ни один тип российских самолетов, имеющий массовое распространение, не соответствует международным стандартам по уровню шума.

 

В Башкирии.

Состояние окружающей среды в РБ неблагополучное, как и в целом в России. Если упорядочить субъекты Федерации по степени неблагополучия окружающей среды, то наша республика окажется в средней части этой “антиэкологической очереди”. Она занимает 11 место по выбросам в атмосферу, 13 – по сбросам загрязненных стоков и 19 – по количеству образующихся отходов.

Если оценивать влияние промышленности на окружающую среду по плотности эмиссии (т.е. количеству загрязняющих веществ, выпадающих из атмосферы), то в среднем на 1 км² территории РБ выпадает 4,7 т; Челябинской области – 10,5; Свердловской – 7,2; Удмуртии – 5,4; Курганской области – 1,6; Оренбургской области – 4,4 т. Эта плотность эмиссии несопоставима с тем уровнем, который наблюдается в промышленных странах Европы. Так, в Великобритании на 1 км² выпадает 27,0 т; в Польше – 22,7; во Франции – 11,0; в Испании – 8,3 т. Правда, следует учесть, что сравнительно низкий показатель в Башкортостане связан с большой площадью республики. Если оценивать количество атмосферного загрязнения в пересчете на величину ВВП (валового внутреннего продукта), то оно в нашей республике в несколько раз выше, чем в Великобритании.

Не является Башкортостан и “лидером” по сбросам в водоемы загрязненных сточных вод. Динамика последних лет (2001-2003 гг.) свидетельствует об очевидной тенденции снижения объемов загрязненных сточных вод (с 448,7 до 413,2 млн. м³ ). В Приволжском федеральном округе заметно хуже показатели в Татарстане (534 млн. м³), в Самарской и Нижегородской областях (500,5 и 467,7 млн. м³ ). Лучшее положение – в Удмуртии (25,2 млн. м³ ).

Загрязненные сточные воды в РБ считаются сравнительно мало опасными. Для объективного сравнения качества вод различных водных объектов между собой используют так называемый индекс загрязненности вод (ИЗВ), который учитывает 6 ингредиентов, имеющих наибольшее значение. В нашей республике ИЗВ в среднем составляет 0,65, в то время как в Пермской области он достигает 16,90, в Удмуртской – 2,80, в Челябинской – 3,73.

Впрочем, сравнивать регионы по благополучию и неблагополучию экологической ситуации достаточно трудно. В разных регионах – разные “экологические болезни”, пагубность влияния которых на окружающую среду трудно сопоставить. Так, в Брянской области экологическая ситуация усугубляется радиационным загрязнением от Чернобыльской аварии, на полуострове Ямал – разрушением естественных экосистем лесотундры и тундры в результате добычи нефти и газа и т.д.

Перечислим основные “экологические болезни” нашей республики.

Первая болезнь – захламление территории отходами производства и потребления. Их накопилось в республике почти 2 млрд. т, включая 100 млн. т токсичных. Только в 2003 г. объем отходов пополнился на 18,4 млн. т. Наибольший вклад в образование отходов вносят предприятия горнодобывающей и горноперерабатывающей отраслей промышленности, а большая часть токсичных отходов (52%) приходится на долю предприятий химического и нефтехимического комплексов. Ежегодно около 1 млн. т твердых бытовых отходов, размещаемых на свалках, “поставляет” население республики (250 кг/чел.). Главная причина накопления промышленных отходов – неэффективные технологии переработки минерального сырья. Сегодня выход полезной продукции не превышает 2-5% от используемого сырья.

Вторая болезнь – химическое загрязнение атмосферы, воды (в первую очередь – реки Белой) и почвы предприятиями химической, нефтехимической и энергетической промышленности, расположившимися цепочкой вдоль реки Белой в городах: Мелеуз, Салават, Ишимбай, Стерлитамак, Уфа, Благовещенск. Это “химическое ожерелье” республика получила в наследство от периода интенсивной индустриализации СССР, которая проходила в предвоенные и послевоенные годы. В то время во главу угла ставились только экономические задачи – увеличить и удешевить производство продуктов переработки нефти и газа за счет приближения перерабатывающих предприятий к местам добычи сырья. Об экологических последствиях концентрации такого большого количества крупных предприятий в те годы не думали.

Это – недоброе наследство прошлого, но избавиться от него не реально, так как закрытие даже одного крупного предприятия вызывает серьезные социальные проблемы и обвальное разрушение производства на многих других заводах и фабриках. Строительство же современного предприятия с экологически чистой технологией и в удалении от больших городов обходится слишком дорого.

Единственное, что может уменьшить вред от этого удушающего “ожерелья”, – снижение объемов выбросов предприятиями загрязняющих веществ, но решить этот вопрос только за счет применения очистных сооружений нельзя. Нужны новые технологии и новое оборудование.

Третья болезнь – автомобильная. На атмосферу городов влияет автотранспорт (не только в небольших городах, таких как Нефтекамск, Сибай, Янаул, но и в Уфе и Стерлитамаке он является основным источником загрязнения). С этой болезнью бороться, казалось бы, проще, чем с промышленными выбросами в атмосферу или сбросами в реки, но остановить возрастание числа личных автомобилей в условиях демократического общества нельзя, и, тем более, нельзя уменьшить количество грузовиков и автобусов. Парк автотранспорта быстро увеличивается, а процесс улучшения качества двигателей и горючего, позволяющий снизить удельный выброс в окружающую среду каждого автомобиля, протекает медленно. В результате, в центре Уфы или Стерлитамака с каждым годом становится все труднее дышать.

Четвертая болезнь – загрязнение грунтовых и наземных вод и почвы при добыче и транспорте нефти. Вместе с нефтью из глубин земли на поверхность поднимаются так называемые попутные воды, которые сильно минерализованы (содержат много солей кальция, натрия, магния). Из-за этих вод в районах нефтедобычи (Туймазинском, Чекмагушевском и др.) вода в колодцах и ручьях имеет горький вкус, и пить ее нельзя. Загрязнение происходит потому, что бетонные оболочки скважин прорываются, и из них вытекают соленые воды. Кроме того, в местах добычи нефти нередко происходит загрязнение почвы при ее разливе. Загрязняется окружающая среда и при разрыве трубопроводов, большинство которых физически изношено, и требуется замена труб. Зимой 1996 г большое количество нефти попало в реку Белую в черте г. Уфы при разрыве линии крупного нефтепровода, проходящего по дну реки. В результате, пострадала не только Белая, но и Кама.

Пятая болезнь – кислотые дожди, которые выпадают практически на всей территории республики, но особенно опасны для ее северной части с нечерноземными почвами. Эти почвы итак имеют слабокислую реакцию, дополнительная кислота снижает их плодородие и ведет к усыханию лесов и снижению урожаев на полях. Причина этой болезни – так называемый трансграничный перенос оксидов серы и азота с воздушными массами, в том числе из-за пределов республики, включая ряд зарубежных стран. От кислотных дождей, кроме того, разрушаются памятники архитектуры и ….выпадают волосы у любителей ходить под дождем без головного убора.

Шестая болезнь – нарушение сельскохозяйственных земель (пахотных почв и естественных кормовых угодий). Около 60% пахотного фонда республики страдает от эрозии – разрушения водой и ветром, которые смывают и сдувают самый верхний богатый питательными элементами слой почвы. Практически все пастбища Башкортостана выбиты непомерно высоким поголовьем скота. Правда, в отношении эродированных почв сейчас ситуация изменяется. Из пахотного использования выведены и засеяны травами практически все сильноэродированные и часть среднеэродированных почв. Корневые системы трав густой сеткой укрепляют верхний слой почвы и полностью прекращают эрозию. Благотворно сказалось на состоянии пастбищ и снижение поголовья скота (особенно в Зауралье).

Седьмая болезнь – снижение биологического разнообразия, т.е. обеднение флоры, фауны и целых экосистем. Каждый десятый вид растений и животных в РБ сегодня находится под угрозой гибели, сокращается поголовье промысловых животных, таких как лоси и медведи. Заповедников и заказников, в которых восстанавливаются ослабленные интенсивной эксплуатацией человеком популяции животных и растений, пока не достаточно.

Сложная экологическая ситуация в республике вносит свой вклад в состояние здоровья населения, хотя отрицательное влияние экологических факторов в последние годы меньше, чем социально-экономических, связанных со снижением уровня жизни значительной части населения. В 2002 г. средняя продолжительность жизни мужчин составила 59,8 лет, женщин – 73 года (для сравнения, в США продолжительность жизни мужчин превысила 70, а женщин – приблизилась к 80).

В республике сохраняется высокая детская смертность и происходит уменьшение общего числа жителей. Если до 1990 г. средний прирост населения составлял 30-45 тыс. человек в год и превышал смертность, то сегодня он стал ниже смертности.

В 2003 г в РБ родилось 45583 младенца (рождаемость 11,1 на 1000 чел.), а умерло 58237 (смертность 14,2 на 1000 чел.). Отрицательный баланс сохраняется уже более 10 лет, хотя энергичные меры, принимаемые правительством республики по поддержке многодетных семей, позволяют надеяться на улучшение демографической ситуации. Этому будет способствовать то, что 2005 год в Башкортостане был объявлен Годом борьбы с наркоманией, алкоголизмом и табакокурением. В связи с этим целесообразно привести “стартовые” цифры. Общая наркологическая заболеваемость в 2003 г выросла на 3,5% по сравнению с 2002 г. и составила 144,5 на 100 тыс. чел. Заболеваемость хроническим алкоголизмом и алкогольными психозами увеличилась на 4,9% (133,6 на 100 тыс. чел.).

 

Демографический процесс

Демографический процесс (от лат. processus – продвижение) – совокупность событий, отражающих развитие во времени и пространстве какого-либо явления, непосредственно влияющего на воспроизводство населения, изменение его численности и возрастно-полового состава. К демографическим процессам относятся: рождаемость, смертность, брачность, прекращение брака (разводимость и овдовение), миграция населения. Термин «демографический процесс» применяется как к гипотетическим поколениям, так и к реальным поколениям (когортам). Отдельные демографические процессы по-разному соотносятся с воспроизводством населения и его динамикой. Рождаемость, смертность, брачность и прекращение браков определяют режим воспроизводства населения, в совокупности с миграцией – прирост (убыль) населения и направление изменения его возрастно-полового состава. Вне зависимости от числа соответствующих событий рождаемость, брачность и иммиграция являются накопительными демографическими процессами, способствующими поддержанию определенного уровня воспроизводства населения и его росту, тогда как смертность, прекращение брака и эмиграция являются процессами выбытия. В процессе воспроизводства и формирования населения демографические процессы вступают между собой во взаимодействие, превращаясь по отношению друг к другу в факторы демографические.Основной характеристикой демографических процессов является их интенсивность, измеряющая частоту демографических событий (рождений, смертей, браков и т.п.) по отношению ко всему населению в целом, отдельной когорте или возрастно-половой группе. Для каждого демографического процесса существует система демографических коэффициентов. О.Д.Захарова.

ВОЗРАСТНОЙ СОСТАВ НАСЕЛЕНИЯ

Возрастной состав населения - это распределение населения по возрастным группам, которые характеризуются численностью выделенных групп и их соотношением между собой При демографическом анализе выделяются однолетние ( с разницей в 1 год) и пятилетние (1-4,5-9, .... 95- 100 лет) возрастные группы, а при более обобщённом изучении -десятилетние - с интервалом в 10 лет. Для специальных целей изучения принимаются свои возрастные критерии. Так, в российской статистике выделяются три крупные группы населения по их роли в демографической ситуации : • Молодое население ( дети, дорабочий возраст) - от 0 до 15 лет. • Взрослое население (рабочий возраст) - от 16 до 60 (женщины - до 55)лет • Пожилое население (пенсионеры, послерабочий возраст) - после 60 (55) лет Такая группировка служит, как видим, и для определения возраста трудоспособности, поэтому используется для расчёта численности трудоспособных и нетрудоспособных категорий населения. В статистике ООН критерии выделения трёх крупных групп населения несколько иные: к детскому возрасту относят лиц до 14 лет, к взрослому трудоспособному населению - людей от 15 до 65 лет, старше 65 лет -к пожилым. Это связано с распространённой за рубежом практикой более раннего привлечения людей к трудовой деятельности и более позднего выхода на пенсию (в странах, где пенсия установлена). Таким образом, разработанные в демографии возрастные группировки используются и в социально-экономической политике для решения проблем трудовой деятельности, пенсионного обеспечения, образования. С учётом структуры населения и национальных традиций каждой страны устанавливаются и другие возрастные критерии, такие, как возраст совершеннолетия - возраст наступления юридической и социальной ответственности и трудового права ( в России - с 16 лет); возраст призыва на во-енную службу ( в России - с 18 лет); возраст вступления в брак ( в России -с 18 лет) и другие. Для демографических исследований важно выделение возраста с 15 до 49 лет, который определяется как репродуктивный - возраст «фертильности» - способности к деторождению. От численности и доли этой группы населения во многом зависит уровень рождаемости. В каждом обществе складывается достаточно устойчивая возрастная структура населения. По преобладанию в ней rex или иных возрастов население характеризуется как «молодое», «зрелое» или «стареющее». Графическое изображение структур населения с преобладанием разных возрастных групп предложил в 1930 г. немецкий учёный Ф. Бургдёрфер при помощи пирамид разной конфигурации (рис. 4). число Рис. 4. Типы возрастных структур (по Ф, Бургдёрферу): А — молодое (растущее) население; Б — зрелое (стационарное) население; В -- стареющее (убывающее) население. • Молодое население изображается пирамидой в форме правильного треугольника, которая отражает большую долю детей (в основании пирамиды) и малую долю пожилых (в вершине её), что создает условия для роста населения. • Зрелое население - с преобладанием взрослых поколений и умеренной долей других возрастов - изображается фигурой в форме колокола, который показывает устойчивость, стабильность численности населения, возможность замены уходящих поколений подрастающими. Такой состав населения поддерживает его достигнутую численность. • Стареющее население - с повышенной долей пожилых возрастов по сравнению с детскими поколениями - отражается фигурой в виде урны, основание которой зрительно уже, чем её основная чаша. Это говорит о возможном снижении численности людей, при котором молодые поколения не восполняют число уходящих.

34. Миграция населения (лат. migratio — переселение) — перемещение людей из одного региона (страны, мира) в другой, в ряде случаев большими группами и на большие расстояния. Российский учёный О. Д. Воробьева в своих работах пишет, что миграция населения — это «любое территориальное перемещение населения, связанное с пересечением как внешних, так и внутренних границ административно-территориальных образований с целью смены постоянного места жительства или временного пребывания на территории для осуществления учёбы или трудовой деятельности независимо от того, под превалирующим воздействием каких факторов оно происходит — притягивающих или выталкивающих»^[1].

38. снижение биологического разнообразия по отдельным видам и группам организмов. Генетическое разнообразие – это разнообразие генов внутри одного вида. Снижение генетического разнообразия вида может происходить из-за «отсутствия притока свежей крови» вследствие, например, уменьшения площади обитания вида, разделения этой площади на части, или чрезмерного истребления животных. Именно животный мир является важным регулирующим и стабилизирующим компонентом биосферы, необходимым элементом окружающей природной среды и биологического разнообразия планеты. Уже первобытные люди жестко вторгались в природу, хищнически истребляя на охоте многие виды животных.

Видовое разнообразие – это разнообразие видов внутри одного региона. По оценкам ряда биологов, сегодня на Земле обитает приблизительно 10 млн. видов разных живых организмов, однако только около 1,5 млн. из них имеют систематические названия. Таким образом, существует огромное количество насекомых, жителей гидросферы и микроорганизмов, которые неизвестны науке. Снижение видового разнообразия происходит главным образом из-за сокращения и утраты мест обитания. Наибольшим видовым разнообразием характеризуются влажные тропические леса Центральной и Западной Африки, Юго-Восточной Азии и Латинской Америки. Леса умеренных широт характеризуются меньшим разнообразием видов, чем влажные тропические леса, но и они тоже интенсивно вырубаются. Сегодня сохранилось только 44% лесов умеренного климата (в основном в Сибири, на Тихоокеанском побережье Северной Америки). Большая часть лесов, а, следовательно, различных видов живых организмов погибает из-за лесных пожаров. Экосистемное разнообразие – это разнообразие видов внутри экосистемы. Под снижением биоразнообразия понимают не только уменьшение числа видов животных, но и качественные изменения экосистем. Качественные изменения экосистем происходят в основном из-за деятельности человека и в то же время представляют для него же серьёзную опасность. Преднамеренный или случайный перенос особей какого-либо вида животных за пределы его ареала называют интродукцией (от лат. introductio – внедрение). Интродукция может привести к снижению биоразнообразия. Если на новом месте у вновь переселённых животных не окажется естественных врагов, то интродуцированный вид быстро размножится и вытеснит другие виды, обитающие на данной территории. Примеры неудачных интродукций: появление колорадского жука в Европе, размножение кроликов в Австралии, быстрое увеличение количества каспийских моллюсков в Финском заливе и др. По мнению многих учёных, введение новых видов животных возможно только при строгом научном обосновании в обеднённые антропогенные системы для поддержки баланса экосистемы.Таким образом, главные причины снижения биоразнообразия состоят в следующем:· нарушение среды обитаниякак результат вырубки лесов, распашки новых земель, осушения болот и мелиорации, орошения засушливых земель, добычи полезных ископаемых, строительства дорог, городов, нефте- и газопроводов, линий электропередач, плотин на реках и т.п.);

· прямое уничтожение некоторых видов животных для защиты сельскохозяйственной продукции(истребление хищников, грызунов, диких животных, поедающих урожай);

· случайное уничтожениеживотных (гибель животных на автомобильных дорогах, в результате военных действий);

· чрезмерный отстрелили отлов рыбы (браконьерство, охота);

 

· интродукция чужих видов(вымирание коренных флоры и фауны под влиянием завезённых видов);

 

· загрязнение окружающей природной среды

Преимущества урбанизации

Процесс урбанизации способствует повышению производительности труда, позволяет решать многие социальные проблемы общества.

Определение понятия

Адаптация – это приспособление организма к определенным условиям среды, которое достигается за счет комплекса признаков – морфологических, физиологических, поведенческих. В результате адаптаций возникают организмы, приспособленные к различным условиям среды. Адаптациями объясняется различный состав экосистем разных экологических условий.

И.А. Шилов (1998) подчеркивает, что в эволюции крупных таксонов адаптация к лимитирующим факторам определяла наиболее крупные изменения морфологии и физиологии. Так выход позвоночных животных на сушу был невозможен без преодоления двух лимитирующих факторов – малой плотности среды и низкой влажности. В результате произошла замена «парящей» локомоции на развитие конечностей рычажного типа, способных обеспечить поступательное движение (возникновение «четвероногих») и активный полет птиц.

При выходе растений на сушу эти же лимитирующие факторы привели к возникновению высших растений. В условиях воздушной среды (исключая ту часть растений, которая сохранила связь с водной средой обитания) растения должны были решить комплекс адаптационных задач:

– не засохнуть (развить проводящую систему, корневую систему, покровные ткани с устьицами);

– не упасть (развить механические ткани, способные противостоять гравитационной силе и ветру);

– не умереть с голоду (сформировать мощную листовую поверхность для фотосинтеза и увеличивать всасывание корнями элементов минерального питания за счет симбиоза с грибами и бактериями);

– обеспечить условия для размножения – сформировать защищенные от высыхания органы бесполого и полового размножения – многоклеточные спорангии и гаметангии.

Как высшая форма адаптации к жизни в условиях наземной среды возникли семенные растения с «маленьким шедевром эволюции» – семенем (Тахтаджян, 1978) и объединением спорофита и гаметофита в единый организм.

Адаптации животных к переживанию неблагоприятных условий в целом более разнообразны, чем у растений. Их можно свести к трем основным направлениям:

– уход от неблагоприятных условий (миграция птиц, кочевка оленей и других копытных в поисках корма, зарывание в песок, почву или снег и др.);

– переход в состояние анабиоза – резкого снижения активности процессов жизнедеятельности (покоящиеся стадии у беспозвоночных животных, прекращение активности рептилий при низких температурах, зимняя спячка млекопитающих и др.);

– развитие приспособлений для жизни в неблагоприятных условиях (шерстный покров и подкожный жир у животных в условиях холодного климата, экономное использование воды у пустынных животных и т.д.).

Растения «заякорены», т.е. ведут прикрепленный образ жизни, и потому у них возможны лишь два варианта адаптаций: снижение интенсивности процессов жизнедеятельности в неблагоприятные периоды (сбрасывание листьев, перезимовывание в стадии погребенных в почву органов – луковиц, корневищ, клубней, а также семян и спор, полный криптобиоз у моховидных) или повышение устойчивости к неблагоприятным факторам за счет специальных физиологических механизмов.

Разнообразие физиологических механизмов переживания неблагоприятных абиотических (засуха, засоление, дефицит света, холод) и биотических (влияние фитофагов, конкуренция с другими растениями) факторов компенсирует отсутствие у растений способности к миграциям в более благоприятные экологические условия.

Впрочем, наблюдаемые изменения в поведении организмов часто связаны не с адаптациями, а с преадаптациями – «скрытыми» приспособлениями, которые проявились и оказались полезными при появлении нового фактора. Преадаптациями объясняется устойчивость некоторых экотипов сорных растений к действию гербицидов и некоторых видов деревьев к загрязнению атмосферы промышленностью и транспортом.

Экологи используют также понятие «экзаптация» (Gould, Vrba, 1982; Гиляров, 2003), которое обозначает приспособление, первоначально возникшее для одной цели, но затем оказавшееся полезным для решения другой задачи (например, перья у птиц возникли как адаптация для защиты от холода, но в дальнейшем оказались полезными для полета).

Экзаптациями объясняются некоторые «странные» явления природы, переток элементов питания из растения одного вида в другой по микоризе. Микоризным грибам «выгодно» сотрудничать с несколькими видами деревьев, и переток элементов питания является побочным следствием этой адаптации.

Адаптивные комплексы

Как уже отмечалось, адаптация любого организма к условиям среды достигается за счет комплекса признаков, при этом набор адаптивных признаков бывает достаточно разнообразным. Поэтому разные организмы используют лишь часть потенциально возможных адаптивных признаков. Так переживание животными экстремальных условий в пустыне (высокие температуры, дефицит воды) возможно как за счет физиологических (запас жира с получением воды путем его расщепления), так и поведенческих адаптаций (зарывание в песок). Для переживания холода животные могут сжигать некоторое количество жира, сохранять тепло за счет густого шерстного или перьевого покрова, снижать активность жизнедеятельности (впадать в спячку), зарываться в снег (временно, или зимовать под снегом).

Принцип множественности адаптаций к переживанию стрессов достаточно хорошо изучен физиологами растений. К примеру, реакция на повышение концентрации почвенного раствора (засоление) может включать в себя изменение толщины и химического состава клеточных стенок, количества и изоферментного состава мембранных транспортных насосов и каналов, увеличение низкомолекулярных органических и неорганических осмопротекторов, торможение роста, изменение соотношения надземная часть/корень (Усманов и др., 2001). К этому можно добавить способность снижать концентрацию солей в клеточном соке путем их выделения на поверхность листьев.

Наборы адаптаций, которые сформировались у разных видов для преодоления неблагоприятных условий среды, индивидуальны.

Адаптивные комплексы (синдромы) могут включать признаки, как меняющиеся параллельно в одном направлении (вес организма и длительность жизни, скорость роста растений и их поедаемость фитофагами), так и связанные отношениями трейдоффа, т.е. непреодолимыми отрицательными корреляциями (число потомков и длительность их жизни, устойчивость к стрессу и скорость роста у растений, т.е. патиентность и виолентность, см. 5.2).

Интересные примеры трейдоффа «заботливость» родителей/число потомков приводит И.А. Шилов (1998). У рыб с пелагической икрой (т.е. «бросаемой на произвол судьбы») количество икринок исчисляется сотнями тысяч и миллионами, а у акул, яйца которых защищены плотной оболочкой, количество икринок исчисляется единицами. «Беззаботная» зеленая жаба (Bufo viridis) производит за сезон 8–12 тысяч икринок, а жаба-повитуха (Alytes obstericans), наматывающая икру на ноги, – всего 150. У американской пипы (Pipa americana), вынашивающей икру в особых ячейках на коже спины, количество икринок еще меньше и не превышает 100. Такой же трейдофф связывает уровень жизни и размер семьи у человека: в самых бедных странах самые большие семьи.

При этом далеко не всегда признаки адаптивного комплекса связаны однозначно. У разных видов одни и те же признаки в одних и тех же условиях могут быть связаны как положительными корреляциями, так и формировать трейдофф. Ю.Э. Романовский (1998) показал, что у пресмыкающихся, родители которых «не заботятся» о потомках, между массой тела и плодовитостью связь положительная (чем крупнее организм, тем больше у него потомков), а у птиц и млекопитающих с «заботливыми» родителями эти параметры связаны отношениями трейдоффа: чем крупнее родители, тем меньше число их потомков. В этом случае отношение двух признаков – размер организма и число потомков – определяет третий (в данном случае заботливость родителей).

Примеры адаптаций

Приведем несколько примеров адаптаций организмов к абиотическим факторам среды.

Эктотермные и эндотермные организмы

Температура является одним из главных факторов, непосредственно влияющих на все организмы (см. 2.2.2). Верхний предел толерантности к этому фактору составляет 60°C (температура свертывания белков), а нижний – меняется в зависимости от вида организмов. Лишь некоторые бактерии могут существовать при 100°C.

Влияние резких колебаний температуры окружающей среды на организмы снижают специальные адаптивные комплексы признаков. Существуют два принципиально разных типа адаптаций к температуре: пассивный и активный.

Первый тип характерен для эктотермных (пойкилотермных, холоднокровных) организмов (все таксоны органического мира, кроме птиц и млекопитающих). У этих организмов, благодаря сравнительно низкому уровню обмена веществ, главным источником поступления тепловой энергии является внешнее тепло. Их активность зависит от температуры окружающей среды: насекомые, ящерицы и многие другие животные в прохладную погоду становятся вялыми и малоподвижными. Многие виды животных при этом обладают способностью к выбору места с оптимальными условиями температуры, влажности и инсоляции (при дефиците тепла ящерицы греются на освещенных солнцем плитах горных пород, а при его избытке прячутся под камни и зарываются в песок).

У эктотермных организмов существуют специальные адаптации для переживания холода – накопление в клетках «биологических антифризов», препятствующих замерзанию воды и образованию кристалликов льда в клетках и тканях. Например, у холодноводных рыб такими антифризами являются гликопротеиды, у растений – сахар.

Эффективным способом переживания неблагоприятных температур (как низких, так и высоких) является обезвоживание организмов. Коловратки при обезвоживании выносили температуру до –190°C! Колебание содержания воды в тканях эктотермных животных может иметь сезонный характер, что было выявлено у жуков-ксилофагов (т.е. питающихся древесиной и зимующих в «столовой»), в тканях которых летом воды было много больше, чем зимой. Общеизвестна высокая устойчивость к колебаниям температуры сухих семян растений или обезвоженных слоевищ мхов.

Некоторые эктотермные животные могут повышать температуру тела за счет резких сокращений мышц (например тунец). В холодную погоду питоны обвиваются вокруг кладки яиц и также резкими сокращениями мышц выделяют тепло, достаточное для того, чтобы будущее потомство нормально развивалось. Температура тела питона повышается также во время переваривания пищи.

У рептилий пустыни (ящерицы, вараны, черепахи) имеются специальные приспособления для понижения температуры. Вараны и ящерицы более интенсивно дышат (примерно так же, как и собаки), черепахи выделяют слюну, которой смачивают голову и передние конечности.

Таким образом, «абсолютная» эктотермность наблюдается только у очень маленьких организмов. Большинство организмов все-таки способно к слабой регуляции температуры тела. У шмелей температура тела поддерживается на уровне 36–40°C даже при температуре воздуха ниже 10°C. Все это говорит о том, что пассивный и активный типы адаптаций связаны постепенным переходом.

Эндотермные (гомойотермные, теплокровные) организмы (птицы и млекопитающие) обеспечиваются теплом за счет собственной теплопродукции и способны активно регулировать производство тепла и его расходование. При этом температура их тела меняется незначительно, ее колебания не превышают 2–4°C даже при самых сильных морозах. Главные адаптации – химическая терморегуляция за счет выделения тепла (например, придыхании) и физическая терморегуляция за счет теплоизоляционных структур (жировой прослойки, перьев, волос и т.д.).

Эндотермные, как и эктотермные животные, для понижения температуры тела используют охлаждающие механизмы испарения влаги с поверхности слизистых оболочек ротовой полости и верхних дыхательных путей. Морфофизиологические приспособления дополняются при этом сложными формами приспособительного поведения (выбор мест для ночлега, защищенных от ветра; групповые ночевки у грызунов, формирование пингвинами плотных групп – «черепах» для уменьшения потерь тепла в условиях низких температур Антарктики и т.д.). Авторы наблюдали, как верблюды в пустыне Гоби также образуют аналогичную «черепаху», укладываясь рядом. В этом случае они достигают обратного эффекта: коллективом защищаются от высокой внешней температуры, которая много выше, чем температура тела животных.

Имеется множество попыток сформулировать правила адаптации к температурам, например «правило Аллена» – чем холоднее климат, тем короче выступающие части тела, например, уши. Это «правило» иллюстрируют размеры ушей у северянина-песца, обычной для средних широт рыжей лисицы и африканской лисицы фенек.

По «правилу Бергмана», животные одного вида в разных климатических условиях имеют разный вес: они более крупные в холодных условиях и мельче – в теплых. Волк на Таймыре весит около 50 кг, а в Монголии – только 40, лисица на среднерусской равнине может достигать 10 кг, а в Туркмении – это небольшой зверек весом не более 3 кг. Еще более наглядно «правило Бергмана» иллюстрирует связь размеров пингвинов с условиями их обитания. Самый крупный пингвин – императорский (рост 1,2 м, вес 34 кг) живет в центре Антарктиды и редко встречается за пределами 61 о северной широты; патагонский пингвин (90 см, 15–17 кг) обитает на островах Маккуори (55 о южной широты); ослиный (70 см, 6 кг) – до Тасмании (40 о южной широты); самый маленький пингвин – галапагосский, размером всего 50 см и весом 3–4 кг, живет на экваторе, на Галапагосских островах.

Биоритмы

Биоритмы – другой характерный пример адаптаций организмов к изменениям условий среды, которые помогают регулировать температуру тела. Они заключаются в закономерных периодических изменениях физиологии или поведения организмов при смене времени суток, сезонов года, приливов и отливов, лунных фаз.

Суточные биоритмы ярко выражены у животных и человека: время активной деятельности и отдыха у разных видов не совпадает. Дневные животные добывают пищу днем, для ночных (совы, летучие мыши) период бодрствования наступает с темнотой. С суточным биоритмом связаны десятки физиологических показателей (пульс, артериальное давление, температура тела и др.), от которых зависит активность организма.

Под влиянием приливов и отливов меняется поведение организмов планктона, бентоса мелководий, в период отливов моллюски закрывают раковины или зарываются в песок.

Суточные биоритмы проявляются и у растений. Так у многих видов цветки закрываются на ночь, у некоторых видов в течение суток изменяется положение листьев. У туранговых тополей, растущих в поймах пустынных рек, в период солнцепека листья поворачиваются ребром к солнцу, и потому под такими деревьями днем не бывает тени. Подобным образом может изменяться положение листьев и у некоторых деревьев умеренной полосы, например, у липы. У лотоса листья днем приподнимаются над водой на несколько сантиметров, но ночью «плавают» на ее поверхности так же, как листья кувшинки и кубышки. У клевера лугового листья на ночь складываются таким образом, что снаружи оказываются их нижние поверхности. Только ночью открываются устьица у кактусов.

Сезонные биоритмы ярко выражены и у животных, и у растений, особенно в районах со значительными изменениями климата по сезонам года (в дождевых тропических лесах, где тепло и идут дожди круглый год, эти изменения сглажены). Со временами года связаны ритмы размножения животных и их миграций (в первую очередь перелетных птиц), наступление фенологических фаз развития растений (бутонизация, цветение, плодоношение, сбрасывание листьев деревьев на зиму в умеренных широтах или в сухой жаркий период в сухих тропиках).

У животных, остающихся зимовать в холодном климате, повышается степень теплоизоляции тела. Так теплоизолирующая способность зимней «шубы» бурого медведя на 93% выше, чем летней.

Биоритмы организмов, связанные с изменением длины светового дня, называютсяфотопериодизмом. Так уменьшение длины дня – сигнал для подготовки растений к зиме (а птиц – к перелетам). За счет искусственного освещения, имитирующего длинный день, организмы могут быть «сбиты с толку». В частности, описаны случаи вымерзания в городах деревьев, если они росли рядом с фонарями (Горышина, 1991). Они оказывались неподготовленными к зиме (у них не накапливались «биологические антифризы» в клетках).

Ксерофиты

Обширная часть суши нашей планеты (степи, прерии, пустыни и др.) характеризуется условиями недостаточного увлажнения. К этим условиям адаптирована большая экологическая группа ксерофитов.

Ксерофиты – это засухоустойчивые растения, которые без риска гибели могут терять до 50% содержащейся в них воды. У этих растений существует целый комплекс адаптаций к условиям недостатка влаги: глубокие и разветвленные корневые системы, способные извлекать воду из большого объема почвы на глубине 8–10 м; высокое осмотическое давление клеточного сока, позволяющее «вытягивать» влагу из достаточно сухой почвы; толстая кутикула с восковым налетом на листьях, которые уменьшают испарение; узкие листья, наличие на них волосков, большое число устьиц и особые механизмы регулирования их просвета, увеличенный объем вакуолей, делающих растения резервуарами воды (суккулентность кактусов) и т.д.

Кроме того, некоторые ксерофиты выделяют ароматические вещества, которые обволакивают растение, что способствует уменьшению испарения.

У ксерофитов существуют особые варианты фотосинтеза – С4 и САМ (кислый метаболизм толстянковых). Ксерофиты С4 при фотосинтезе на единицу производимого органического вещества затрачивают воды в 2 раза меньше, чем мезофиты с фотосинтезом С3. Растения с фотосинтезом С4 – основа «сухого земледелия» в районах с недостаточным количеством осадков. Пример культурного растения С4 – сорго, которое Н.И. Вавилов назвал «верблюдом растительного мира».

САМ (у кактусов, саксаулов, древовидных молочаев и др.) обеспечивает наиболее экономное расходование влаги: устьица открываются ночью, и поглощаемый диоксид углерода связывается в органические кислоты, а днем фотосинтез осуществляется при закрытых устьицах за счет ночных запасов диоксида углерода.

Жизненные формы

Жизненная форма – это внешний облик организма, комплекс морфологических, анатомических, физиологических и поведенческих признаков, в котором отражается его приспособленность к условиям внешней среды. Приоритет в изучении жизненных форм принадлежит ботаникам, уже в III веке до н.э. Теофраст разделял растения на деревья, кустарники и травы.

В сходных условиях среды организмы даже из систематически далеких групп могут иметь одинаковую жизненную форму. Так например одну жизненную форму имеют животные, обитающие в водной среде – млекопитающие, рыбы, птицы (дельфин, акула, пингвин), ее же имело вымершее пресмыкающееся ихтиозавр; другую жизненную форму имеют обитатели воздушной среды – птицы, летучие мыши, насекомые и летающие рыбы, третью – почвенной – различные землерои. На характере жизненных форм животных в первую очередь сказывается их перемещение в средах. Среди млекопитающих А.Н.Формозов выделил надземные, подземные (землерои), древесные, воздушные и водные формы, отметив, что между этими формами есть переходы.

Жизненная форма прыгающих животных (кузнечики, тушканчики, кенгуру) отличается компактным телом с удлиненными задними и укороченными передними конечностями. Многие из них имеют длинный хвост, который играет роль балансира, помогающего резко изменять направление движения.

Сходные жизненные формы животных встречаются в сходных условиях жизни на разных континентах. Замечательный пример параллельной эволюции – сумчатые и плацентарные животные разных видов: плацентарному волку соответствует сумчатый волк, летяге – сумчатая летяга, муравьеду – сумчатый муравьед, обыкновенному кроту – сумчатый крот.

Такие же закономерности конвергенции внешнего облика под влиянием условий среды еще более четко проявляются у растений. Растения-подушки (у них укороченные стебли, а листья и цветки так сближены, что образуют плотно сомкнутый «панцирь») в холодных высокогорьях Памира, Тянь-Шаня, Алтая представляют разные семейства – розоцветные, бобовые, зонтичные и др. Сходную жизненную форму имеют кактусы в Америке и молочаи в Африке. Видами многих семейств представлены жизненные формы вечнозеленых деревьев влажных тропических лесов, летнезеленых деревьев умеренной полосы и зимнезеленых (сбрасывающие листву на лето) деревьев сухих тропических лесов и саванн.

Хрестоматийным примером конвергенции далеких таксонов в одну жизненную форму являются так называемые розетные деревья. К их числу относятся пальмы, саговники, древовидные папоротники, лилейные (юкки, агавы), сложноцветные (крестовники), бурачниковые (некоторые виды синяка) и др. Морфологическая конвергенция далеких таксонов может быть полной. Даже великий Карл Линней пал ее жертвой и отнес голосеменное растение саговник к однодольным цветковым растениям – пальмам.

123456789Следующая ⇒

Поделиться: