Контрольная работа по "Экологии". 39

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

ЭКОЛОГИЯ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва

2005 г. 

Вопрос  №2 

Экология  в системе естественных наук; её структура. 

      Современная экология – это фундаментальная  наука о природе, являющаяся комплексной и объединяющая знание основ нескольких классических естественных наук: биологии, геологии, климатологии, ландшафтоведения и др. Согласно основным положениям этой науки, человек является частью биосферы как представитель одного из биологических видов и так же, как и другие организмы, не может существовать без биоты т.е. без совокупности живущих ныне на Земле биологических видов, которые составляют среду обитания человечества.

      Экологические системы, как и живые системы  других уровней организации, являются весьма сложными, характеризуются нелинейной динамикой и их поведение в математических моделях описывают такие современные науки, как динамическая теория систем и синергетика. В моделировании экосистем определенную роль сыграли также представления кибернетики (науки об управлении) о теории регулирования, об устойчивости и неустойчивости, об обратных связях.

      В наше время термином «экология» все  чаще обозначают совокупность взаимоотношений  природы и общества. В настоящее время рассматривая структуру современной экологической науки, могут быть выделены несколько разделов «большой» экологии. Это общая теоретическая экология, биоэкология, геоэкология, экология человека и социальная экология, прикладная экология. Каждый раздел имеет свои подразделения и связи с другими частями экологии и смежными науками.  

ЭКОЛОГИЯ 

      Общая экология посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Ее ядром является теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем, в том числе эколого-экономических и природнохозяйственных систем. Экспериментальная экология дает важный фактический материал и обеспечивает методическим инструментарием различные разделы науки. В связи с ограниченностью экологических экспериментов, широко используется математическое моделирование. Вместе с обработкой информации и количественным анализом фактического материала оно входит в раздел теоретической экологии, который называют математической экологией.

     Биоэкология - это основа всей экологии. Главная ее часть – экология естественных биологических систем: особей как представителей определенных видов (аутоэкология), популяций (популяционная экология или демэкология), многовидовых сообществ, биоценозов (синэкология), экологических систем (биогеоценология, учение об экосистемах). Другой составной частью экология таксономических групп организмов – царств бактерий, грибов, растений, животных, а также более мелких систематических единиц: типов, классов, отрядов и т.п. Еще одну часть составляет эволюционная экология – учение о роли экологических факторов в эволюции  и о смене экологических условий в истории Земли. Именно в биоэкологии на основе изучения роли потоков веществ, энергии и информации в жизни сообществ организмов формируется представление об экологии как об экономике природы.

     Геоэкология изучает взаимоотношения организмов и среды обитания  с точки зрения их географической принадлежности и влияния географических факторов. В нее входят: экология обитателей разных сред (наземной, почвенной, пресноводной, морской, преобразованной человеком); природно-климатических зон (тундры, тайги, степи, пустынь, тропических лесов и др.); ландшафтов (речных долин, морских берегов, болот, островов, гор, коралловых рифов и т.п.). К геоэкологии относится также экологическое описание различных географических областей, регионов, стран, континентов.

     На  стыке биоэкологии и геохимии Земли на основе изучения роли живых  организмов в планетарной трансформации  солнечной энергии и в круговороте  химических элементов возникло учение о биосфере – глобальной экологической системе.

     Экология  человека – комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и социальной средой. Важной особенностью экологии человека является социобиологический подход – правильное сочетание социальных и биологических аспектов.

     Социальная  экология как часть экологии человека – это объединение научных отраслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природной и социальной средой их окружения. К этому объединению относятся: экологические факторы цивилизации, экология человеческих популяций, экологическая демография, экология этносов и этногенеза – формирование рас и наций.

       Прикладная экология - большой комплекс дисциплин, связанных с разными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества экологических принципов охраны природы. 
 
 
 
 
 

Вопрос  №12 

Пути  приспособления живых  организмов к среде  обитания

(адаптация  и др.) 

      У одних организмов при отклонении значений фактора от точки оптимума сразу же изменяется и функция отклика. Они как бы покорно подчиняются ухудшению внешних условий. Этот тип приспособления называется пассивным. Такие организмы называют обычно выносливыми или толерантными. Другие их название – пойкилобионты, т.е. организмы, пассивно изменяющие  свое состояние, свои функции, поддаваясь изменениям в среде. К ним относятся растения и животные, пассивно переносящие охлаждение, замерзание, высыхание, голод, дефицит кислорода и т.п. Переход в это крайнее состояние уже исключает дальнейшее подчинение среде (пассивная устойчивость) и чрезвычайно расширяет возможность выживания в самых неблагоприятных условиях.

     Во  многих случаях в определенном диапазоне  изменений фактора среды нет  подчинения им функций организма: включаются механизмы защиты от неблагоприятных  воздействий, сопротивления им или их активного избегания. Реакции защиты и сопротивления обеспечивают большую или меньшую устойчивость, или резистентность организма по отношению к отклонениям от оптимума. Это активный путь приспособления. Такие организмы называются гомойобионтами, т.е. способными поддерживать гомеостаз – постоянство своих свойств, функций при изменениях факторов среды.

     Выносливость  и устойчивость (толерантность и  резистентность) во многих случаях  не альтернативны. В том или ином соотношении они встречаются у всех организмов, часто дополняя друг друга. Одно и то же растение или животное может быть выносливо по отношению к одному фактору и устойчиво по отношению к другому.

     При отклонениях факторов среды от оптимальных значений у многих организмов наблюдается опережающее реагирование – избегание неблагоприятных воздействий и активный поиск других более благоприятных  условий  и местообитаний – гомеостатическое поведение. Организм реагирует не только на величину отклонения, но и на темп нарастания угрозы. Если не удается избежать неблагоприятных воздействий или поведение оказывается недостаточным, сопротивление негативным воздействиям среды достигается с помощью физиологической регуляции. Регуляция осуществляется путем передачи информации  о состоянии среды от воспринимающих эту информацию сенсоров, органов чувств к центральному регулирующему устройству, а от него – к исполнительным структурам – эффекторам, выполняющим противодействие внешнему возмущению. Обязательным элементом контура регулирования является обратная связь между производимым действием и установочным параметром регулирования.

     Длительное  напряжение физиологических функций, стресс приводит к истощению ресурсов организма и может иметь отрицательные  последствия, поэтому при стойком  отклонении условий среды от биологического оптимума происходят такие изменения физиологической регуляции, которые повышают ее эффективность и вместе с этим уменьшают общее функциональное напряжение организма. Подобные изменения носят название акклимации, или физиологической адаптации. В природных условиях значение физиологической адаптации связано с естественными изменениями условий существования, в основном – с сезонными перепадами температуры, влажности, кормности местообитаний и т.п. Хорошо известно осеннее увеличение теплоизоляции организма у многих млекопитающих и птиц за счет линьки, «утепления» покровов (пуха, пера, меха) и накопления подкожного жира. Изменяется режим и качество питания. В тканях происходят различные биохимические изменения, направленные на экономное расходование энергии. Сезонные миграции птиц и рыб, а также такие явления, как спячка, подготавливаются комплексом физиологических и морфологических сдвигов, изменениями поведения.

     Большое экологическое значение имеет  взаимодействие факторов. За счет него может быть расширен диапазон выживания. Так, снижение температуры повышает выносливость рыб по отношению к недостатку пищи и кислорода; недостаточная освещенность для растений может быть частично компенсирована повышенной концентрацией углекислого газа и т.п. Диаграмма выживания для одного фактора всегда изменяется под влиянием другого фактора. Совместные действия нескольких факторов бывает синергическим, когда различные воздействия как бы усиливают друг друга и производят больший эффект, чем сумма раздельных влияний. Сочетание может быть и негативным, когда наблюдается взаимное ослабление эффектов. 
 

Вопрос  №22 

Сукцессия: определение, виды, общие  закономерности. 

  Экологическая сукцессия (от лат. successio – преемственность, наследование), сукцессионное замещение или биологическое развитие – развитие, при котором в пределах одной и той же территории (биотопа) происходит последовательная смена одного биоценоза (сложно организованных комплексов разных организмов) другим в направлении повышения устойчивости экосистемы;

      Сукцессионный ряд – цепь сменяющихся друг друга биоценозов. Процессы сукцессии занимают определенные промежутки времени.

      Сукцессия завершается формированием сообщества, наиболее адаптированного по отношению  к комплексу сложившихся климатических условий. Такое сообщество было названо Ф. Клементсом климакс-формацией или просто климаксом (от греч. klimax – лестница), хотя в современной литературе по экологии иногда встречается и другой термин-синоним – зрелое сообщество. Концепция «климакса» подразумевает, что в пределах региона с более или менее однородным климатом фитоценозы, завершившие сукцессионный процесс, образуют климаксные сообщества независимо от того, с какого типа начиналась сукцессия.

      Причиной  начала процесса сукцессия в ряде случаев являются изменения фундаментальных свойств среды обитания, возникающие под влиянием комплекса факторов. Такие факторы бывают естественными – отступление ледников, наводнение, землетрясение, извержение вулканов, пожары, а также антропогенными – расчистка лесных угодий, распашка участков степи, открытая добыча полезных ископаемых, создание прудов и водохранилищ, пожары, загрязнение экологических систем.

      В зависимости от обстоятельств, предшествовавших началу процесса, сукцессии подразделяют на следующие:

      антропогенные, вызванные хозяйственной деятельностью человека, в том числе лаборогенные, связанные с трудовой деятельностью человека;

      катастрофические, связанные с какими-либо катастрофическими для экосистемы природными или антропогенными факторами;

      пирогенные, связанные пожаром независимо от его причин;

      зоогенные (фитогенные), вызванные необычно сильным воздействием животных (растительности), как правило, в результате их массового размножения (завоза чуждых видов человеком).

      По  общему виду сукцессии делятся на первичные и вторичные.

      Общие закономерности сукцессии. По мере прохождения фаз сукцессии все большая доля доступных питательных веществ накапливается в биомассе сообщества и соответственно уменьшается их содержание в абиотической части экосистемы (биотопе). По мере возрастания количества образующегося детрита он становится основным источником питания. В результате роль пастбищных цепей становится менее существенной, а детритных – усиливается.

      Когда экосистема приближается к состоянию  климакса, в ней, как и в любых равновесных системах, происходит замедление всех процессов развития.

      Биогеохимические  круговороты любых экосистем  замкнуты не полностью, однако степень  незамкнутости варьируется в  очень больших пределах Ф.Борман и Г. Патэн в 1979 г. установили, что примерно за 10 лет с момента начала восстановления растительного покрова разомкнутость круговоротов уменьшается со 100% до 10%, а далее снижается еще более, достигая минимума в климаксе. В этом заключается правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота веществ в ходе сукцессии. Антропогенная трансформация растительности и экосистем в целом нарушает сформулированное правило, что ведет к многочисленной череде аномалий и природной среде.

      Снижение  разнообразия видов в климаксе на первый взгляд противоречит рассмотренному стремлению к биоразнообразию в природе. Однако именно разнообразие видов формирует сукцессию и ее направление, обеспечивает заполнение реального пространства жизнью.

      Там, где разнообразие видов недостаточно для нормального естественного хода сукцессионного процесса, а среда обитания резко нарушена – сукцессия не достигается фазы климакса. Важное практическое значение имеет правило сукцессионного мониторинга (индикации состояния среды):

чем глубже нарушенность среды какого-нибудь  пространства, тем на более ранних фазах оканчивается сукцессия.  
 

Вопрос  №37 

Виды  загрязнения среды  обитания. Загрязнения  природной среды  объектами ГА. 

     Загрязнение среды – привнесение в природу или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных для нее агентов. В наиболее общем смысле это все то, что выводит природные системы из состояния равновесия. При изучении или описании современных процессов в экосистемах и в биосфере в целом принято выделять загрязнение: 

      ббюбб      

      Механическое загрязнение характеризуется наличием твердых веществ, оказывающих лишь механическое загрязнение без физико-химических последствий.

     Физическое (или параметрическое) загрязнение – это изменение физических параметров среды. В зависимости от этого оно подразделяется на тепловое, шумовое, вибрационное, электромагнитное, ионизирующее (радиационное).

     Физическое  загрязнение связано с отклонением  за пределы нормального диапазона  колебаний параметров (уровня) физических абиотических факторов среды обитания. А именно таких как температура, уровня звука и вибрации, интенсивность различных электромагнитных излучений, включая ионизирующее и световое.

     Тепловое  загрязнение является результатом рассеивания в окружающей природной среде теплоты, выделяющейся в многообразных тепловых процессах, прежде всего связанных с сжиганием топлива. Тепловое загрязнение меняет температурный режим воздушной среды, а также динамику происходящих там процессов. Помимо влияния на общебиосферный процесс глобального потепления тепловое загрязнение локально воздействует на водные экосистемы.

     Шумовое загрязнение возникает в результате отклонения интенсивности и повторяемости звуковых колебаний за пределы природного диапазона. Шумом называют любые звуки, мешающие жизнедеятельности организмов. Для человека шум – общебиологический раздражитель, который в определенных условиях может влиять на все органы и системы организма (включая нервную систему, зрение, вестибулярный аппарат, пищеварение, обмен веществ и т.п.). Наиболее распространенный и мощный источник городского ума – транспорт, обычно создающий 60 – 80% шума. Авиационный транспорт – источник антропогенного шума практически самого высоко уровня. Больший шум создается при старте космических ракет, при выстрелах и взрывах.

     Вибрационное  загрязнение является близким к шумовому, основное различие заключается в том, что вибрация распространяется только в твердых телах, в звук – в любых средах. Поэтому на живые организмы вибрация воздействует только при поверхностном контакте через опорные поверхности. У человека под действием вибрации развивается особая вибрационная болезнь.

     Электромагнитное  загрязнение возникает в результате изменения свойств среды и значительного превышения интенсивности излучения антропогенных источников относительно природного фонового излучения. Особенно важное значение  оно приобретает в связи с интенсивным развитием электронных систем управления, работа которых может быть серьезно дезорганизована. Мощные антропогенные источники электромагнитного излучения – современные линии электропередач (ЛЭП) с открытыми распределительными устройствами, телерадиоцентры и ретрансляторы, радиолокаторы, радиотехническое и радиотрансляционное оборудование систем управления воздушным  движением, навигацией и посадкой в авиации, объекты систем противовоздушной обороны, а также другие гражданские и военные устройства и объекты.

     Ионизирующее (радиационное) загрязнение связано с превышением естественного уровня ионизирующих излучений. Оно включает и радиоактивное загрязнение среды из-за превышения природного уровня содержания радиоактивных веществ. Источники ионизирующего загрязнения – это предприятия атомной промышленности и энергетики, медицинские, биологические и др., использующие радиоактивные препараты и изотопы, приборы медицинской и технической диагностики, а также ядерные взрывы. С развитием телевидения и с широким  внедрением компьютерной техники обострилась проблема воздействия ионизирующих излучений на человека, потому что электронно-лучевые трубки телевизионных приемников и видеомониторов являются источниками этих излучений. Тем не менее использование человеком атомной энергии таит в себе большие проблемы, главные из которых – утилизация отработанного ядерного топлива и аварии  с утечкой в окружающую среду радиоактивных веществ.

     Химическое (или ингредиентное), заключающееся в изменении химического состава среды (отклонении от нормального уровня концентрации характерных ингредиентов и от появления новых). Загрязнителями при химическом загрязнении являются газообразные и жидкие химические соединения и отдельные элементы, а также их твердые фракции. Основные загрязнители биосферы: углекислый газ, оксид углерода, сернистый газ, оксид азота, фосфаты, ртуть, свинец, нефть, ДДТ и другие пестициды, радиация. Главными источниками ввода в окружающую среду остаточных продуктов является энергетика и промышленность (соответственно около 45% и более 10% общего объема загрязнителей), сельское хозяйство (около 40%), коммунально-бытовое (более 5%). В большинстве случаев химическое загрязнение рассматривается отдельно для атмосферы, гидросферы и литосферы.

     Загрязнение атмосферы. Техногенные выбросы в воздушную среду насчитывают десятки тысяч различных веществ. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода, диоксид серы, окислы азота, различные летучие углеводороды, соединения фосфора, сероводород, аммиак, хлор, фтористый водород. Количества первых пяти групп веществ из этого перечня, измеряемые десятками миллионов тонн и выбрасываемые в воздушную среду всего мира и России. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, особенно при неблагоприятных метеоусловиях, часто создают пылевые купола и явления смога – токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к образованию кислотного тумана и выпадению кислотных дождей. Главной причиной ослабления озонового экрана является попадания в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым, конкурируя с реакцией: О+О₂ → О₃. Ведущим фактором глобального потепления считается уменьшение спектральной прозрачности атмосферы для длинноволнового обратного излучения от поверхности Земли, т.е. усиление парникового эффекта. Парниковый эффект создается наличием в атмосфере паров воды и ряда газов – СО₂,СО,СН₄, NO_X, XФУ и др., названных парниковыми газами.

     Загрязнение гидросферы. Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер и существенно уменьшило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на планете.

     Загрязнение литосферы. Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку. Основными источниками загрязнения земли являются: твердые и жидкие отходы добывающей, перерабатывающей и химической промышленности, теплоэнергетики и транспорта; отходы потребления, в первую очередь твердые бытовые отходы; сельскохозяйственные отходы и применяемые в агротехнике ядохимикаты; атмосферные выпадения токсичных веществ; аварийные выбросы и сбросы токсичных веществ.  

     Биологическое, включающее микробиологическое (бактериями и вирусами – возбудителями болезней, носящих характер эпидемий) и макробиологическое (животными и растениями, случайно либо ошибочно интродуцированными в новые экосистемы). 

     Воздушный транспорт является одним из наиболее технологически развитых и экологически регламентированных видов транспорта в России. Экологические проблемы, связанные с деятельностью авиации, делятся на три группы:

- авиационный  шум;

- последствия  выброса в атмосферу отработавших газов авиационных двигателей;

- различные местные  проблемы, возникающие в районе  расположения аэропортов, авиационно-технических  баз (АТБ), авиаремонтных заводов  (АРЗ), и прочих авиапредприятиях (АП).

     На  рубеже 80-х – 90-х гг. XX в. уровень химического загрязнения ОС вследствие деятельности ГА характеризовался следующими основными показателями. На авиапредприятиях при проведении более чем 300 основных технологических процессов образовывалось около 120 загрязняющих веществ, поступавших в биосферу. При этом 25% из них представляли вещества 1-го и 2-го классов опасности (тетраэтилсвинец и продукты его химических превращений, диоксид азота, соединения тяжелых металлов: ртути, кобальта, хрома, ванадия и др.), 30% - вещества 3-го класса, а остальное (45%) – 4-го класса опасности.

     Выбросы ЗВ в атмосферу от двигателей при  эксплуатации ВС составляют большую  часть загрязнения атмосферы  на авиационных предприятиях, причем самолет является единственным видом  техники, который эксплуатируется  на высотах 9 – 13 км (а сверхзвуковая авиация еще выше), то есть там, где зарождаются многие погодные процессы и где находится озоновый слой Земли. По имеющимся оценкам вклад авиации в проблему глобального потепления климата к началу  XXI века составлял около 3%, однако, уже к 2005г. этот вклад может увеличится до 10-20%.