Теоретические основы мониторинга окружающей среды. Понятие о биосфере. Экосистема. Понятие об окружающей среде и ее факторов

 

по дисциплине: «Мониторинг  природных ресурсов»

на тему: «Теоретические основы мониторинга окружающей среды. Понятие о биосфере. Экосистема. Понятие об окружающей среде и ее факторов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение

1. Теоретические основы мониторинга окружающей среды
2. Понятие о биосфере
3. Экосистема
4. Понятие об окружающей среде и ее факторов

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

Введение

Системы мониторинга природных  сред и экосистем включают в себя средства наблюдения: экологического качества воздушной среды, экологического состояния поверхностных вод  и водных экосистем, экологического состояния геологической среды  и наземных экосистем.

Наблюдение в рамках этого  вида мониторинга проводятся без  учета конкретных источников эмиссии  и не связаны с зонами их влияния. Основной принцип организации —  природно- экосистемный.

Целями наблюдений, проводимых в рамках мониторинга природных  сред и экосистем, являются:

-оценка состояния и функциональной целостности среды обитания и экосистем;

-выявление изменений природных условий в результате антропогенной деятельности на территории;

-исследование изменений экологического климата (многолетнего экологического состояния) территорий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Теоретические основы мониторинга окружающей среды

Огромное значение в организации  регионального природопользования на глобальном, региональном и локальном уровнях, а также оценка качества окружающей человека среды на конкретных территориях, в экосистемах различного ранга. Существует специальный термин для обозначения всей сложной службы по наблюдению, оценке и прогнозу за качеством среды и характером природопользования: «Мониторинг».

Мониторинг - это система наблюдений, оценки и прогноза позволяющая выявить изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности. Прежде всего, это мониторинг антропогенных загрязнений. Наряду с отрицательным влиянием на природу человек может в результате хозяйственной деятельности оказывать и положительное влияние. Часто плачевные результаты хозяйственной деятельности возникают из благих намерений. Чтобы такого не произошло и необходимо изучать окружающую среду, прогнозировать её возможные изменения, как в лучшую, так и в худшую стороны.

Для выявления качества окружающей среды первоочередной задачей является создание глобальной системы мониторинга  окружающей среды (ГСМОС). Мониторингом называется система наблюдений, оценки и прогноза состояния природной  среды.

Наблюдения могут осуществляться по физическим, химическим и биологическим  показателям, но особенно перспективны интегрированные показатели состояния окружающей среды.

При изучении антропогенного влияния на окружающую среду в  первую очередь следует определить общемировое, глобальное фоновое состояние  биосферы. Глобальный мониторинг позволяет  оценить современные фоновые  состояния среды. Программа фонового мониторинга подразделяется на абиотическую и биотическую части. Базовые  станции характеризуют общеглобальное состояние. Во многих случаях фоновые станции располагаются в биосферных заказниках. Региональные станции системы мониторинга служат для получения информации о зонах, подверженных антропогенному влиянию.

Общегосударственную службу наблюдений и контроля за уровнем загрязнения окружающей среды можно разделить на три подсистемы:

1. Подсистема контроля загрязнения в зонах возможного антропогенного воздействия. Сюда относятся наблюдения за воздушной средой зоны городов, промышленных районов, наблюдения за состоянием водной среды устьев рек, участков крупных рек и малых рек, а также озер и водохранилищ в промышленных районах, особенно места сброса сточных вод, районы животноводческих ферм, контроль за состоянием почв больших городов, автомагистралей и крупных дорог, сельскохозяйственных угодий и интенсивным применением ядохимикатов.
2. Подсистема контроля загрязнений на региональном уровне – зон повышенного контроля промежуточных уровней загрязнения - в атмосфере небольших городов, районов, примыкающих к зонам интенсивной работы промышленности, измерения в большом числе мест на реках, озерах и морях, в почвах хозяйственного освоения. Такие измерения должны быть повсеместными, но могут быть не очень частными в пространстве и времени.
3. Подсистема наблюдений на фоновом уровне включает наблюдения на объектах, удаленных от любых локальных источников; например биосферных заказниках, как было сказано выше.

В Российской федерации ведется  биотическая подпрограмма (биологический  мониторинг), направленная на оценку и  прогноз изменения состояния  живой составляющей биосферы - популяций, формирующих экосистемы. Комплекс наблюдений и исследований включает оценку чувствительности видов к небольшим уровням  загрязнения, определения параметров межвидовых взаимодействий, построение прогностических моделей. Результатом анализа являются данные о том, какие популяции и под воздействием какого уровня глобального фона загрязнений снижают свою численность и, таким образом, находятся в опасности.

Насущной проблемой дня  становится организация государственной  службы генетического мониторинга, которая реально должна будет определить объём и рост генетического груза в соответствии со степенями экологического напряжения и дать рекомендации по недопущению факторов, ведущих к увеличению. Наследственные болезни детей должны привлечь к себе особое внимание общественности.

Исходным блоком современного мониторинга окружающей среды должен стать биоэкологический мониторинг. Его ведущее звено - наблюдения за состоянием среды с точки зрения его влияния на состояние здоровья человека, так как конечная цель всей сложной и дорогостоящей работы по непрерывному слежению за состоянием среды- защита интересов человека (человечества). Кроме того состояние здоровья человека - наиболее комплексный показатель состояния окружающей среды, как бы вбирающий в себя всё остальное.

В систему экологических  наблюдений должно входить определение  ряда первоочередных показателей опасного загрязнения среды техногенного происхождения: 1) радионуклиды, 2) газовые  загрязнения: CO2, CO, NO, NO2 и д.р. , 3)минеральные загрязнения: соединения ртути, свинца, мышьяка, фосфора, кадмия, фтора, нитриты, нитраты и д. р. , 4) органические и полимерные загрязнения: пестициды и детергенты, углеводороды нефти, микробные загрязнения и д. р. Необходимо исследование и таких физических факторов среды, как шумы и электромагнитные поля.

Основная сеть пунктов  наблюдения биологического мониторинга  должна быть сосредоточена в местах большой концентрации населения  и в районах наиболее активной его деятельности. Она должна контролировать основные линии связи человека (трофические  и д. р.) с окружающей средой (питьевые воды, вдыхаемый воздух, пищевые  продукты и д. р.).

Важное значение имеет также мониторинг канцерогенных веществ. Он должен и может способствовать снижению концентрации их значений в населённых пунктах и промышленных зонах до их значений близких к фоновым, и тем самым способствовать решению проблем снижения заболеваемости раком.

Исключительное значение в настоящее время приобретает  учет и исследование воздействия  искусственных мутагенных факторов. Мутагенными являются не только химические вещества, но и радиация и биологические  факторы. Мутагены поражают самое драгоценное, что создано эволюцией живой  материи – генетическую программу  человека, а также генофонды популяций  всех видов животных, растений, бактерий и вирусов, населяющих биосферу. Генетический фонд – совокупность всех видов  живого, обладающих определёнными наследственными  задатками. Каждый биологический вид  неповторим. Он хранит информацию филогенетического  развития, расшифровка которой имеет  огромное, как научное, так и практическое значение. исчезновение хотя бы одного вида – большая утрата для науки и практики.

Гармоничное развитие народного  хозяйства с учетом экологического резерва биосферы и ожидаемых  экологических и экономических  последствий воздействия на нее  возможно лишь при наличии и правильном использовании информации, представляемой системой мониторинга.

В систему мониторинга  должны входить следующие основные процедуры:

• выделение (определение) объекта наблюдения;
• обследование выделенного объекта наблюдения;
• составление информационной модели для объекта наблюдения;
• планирование измерений;
• оценка состояния объекта наблюдения и идентификации его информационной модели;
• прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения;
• представление информации в удобной для пользователя форме и доведение ее до потребителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Понятие о биосфере

Та часть литосферы, гидросферы и атмосферы Земли, в которой  существуют и развиваются растительные и живые организмы, называется биосферой. Иначе, биосфера- это оболочка жизни. В ее состав входят не только растительный покров и животное население планеты, все реки и озера, водная масса океанов, но и почвенный слой, значительная часть тропосферы и самый верхний слой земной коры - зоны выветривания. На земной поверхности практически нет площадей, где отсутствует жизнь. Даже в жарких и безводных тропических пустынях или на поверхности высокогорных ледников и полярных льдов обнаружены микробы и другие микроорганизмы.

Биосфера (от греч. bios - жизнь, sphaira - шар) - область системного взаимодействия живого и костного вещества планеты. Она представляет собой глобальную экосистему - совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты.

Заслуга создания целостности  учения о биосфере принадлежит В.И.Вернадскому. Используя этот термин, он создал науку  «биосфера», ввел понятие «живое вещество» - совокупность всех живых организмов, а также отвел живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая деятельность организмов не только в настоящее  время, но и в прошлом. Поэтому  биосфера - это все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, т.е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой или необиосферой, а древние биосферы относят к былым биосферам, иначе палеобиосферам или мегабиосферам. Примеры последних - безжизненные ск4опления органических веществ (залежи угля, нефти, газа и др.) или запасы иных соединений, образовавшихся при непосредственном участии живых организмов (известняки, ракушечники, образования мела, ряда руд и многое другое).

Биосфера включает в себя:

• Аэробиосферу - нижнюю часть атмосферы;
• Гидробиосферу - всю гидросферу;
• Литобиосферу - верхние горизонты литосферы (твердой земной оболочки).

Границы нео - и палеобиосферы различны.

Верхняя граница теоретически определяется озоновым слоем. Для необиосферы - это нижняя граница озонового слоя (около 20 км), ослабляющего до приемлемого уровня губительное космическое ультрафиолетовое излучение, а для палеобиосферы - это верхняя граница того же слоя (около 60 км), ибо кислород в атмосфере Земли есть результат преимущественно жизнедеятельности растительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Экосистема

Экосистема - основное понятие  экологии.

Экология рассматривает  взаимодействие живых организмов и  неживой природы. Это взаимодействие,  во-первых, происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и, во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчинено законам.

Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:

1) экосистема обязательно  представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;

2) в рамках экосистемы  осуществляется полный цикл, начиная  с создания органического вещества  и заканчивая его разложением  на неорганические составляющие;

3) экосистема сохраняет  устойчивость в течение некоторого  времени, что обеспечивается определенной  структурой биотических и абиотических  компонентов. 

Примерами природных экосистем  являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.

Как видно из примеров, более  простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических.

Таким образом, устройство природы  следует рассматривать как системное  целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых  является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен  энергией и веществом между всеми  живыми и неживыми составляющими  в масштабах планеты.

Итак, экосистема является важнейшей  структурной единицей устройства окружающего  мира. Основу экосистем составляют живое вещество, характеризующееся биотической структурой, и среда обитания, обусловленная совокупностью экологических факторов.

4. Понятие об окружающей среде и ее факторов

Окружающая среда - среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир. Окружающая среда включает природную среду и искусственную (техногенную) среду, т. е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе (здания, сооружения и т. п.). Общественное производство изменяет окружающую среду, воздействуя прямо или косвенно на все ее элементы. Это воздействие и его негативные последствия особенно усилились в эпоху современной НТР, когда масштабы человеческой деятельности, охватывающей почти всю географическую оболочку Земли, стали сравнимы с действием глобальных природных процессов. В широком смысле в понятие "окружающая среда" могут быть включены материальные и духовные условия существования и развития общества. Часто под термином "окружающая среда" понимается только окружающая природная среда; в таком значении он используется в международных соглашениях.

Воздействие человека на окружающую среду становится всё более ощутимым, причём особенно резко оно усилилось в условиях современной научно-технической революции. В разной степени изменению подверглись все природные компоненты окружающей среды. Люди одомашнили многие виды животных и создали культурные растения, но в то же время истребили многих диких животных (в т. ч. десятки видов млекопитающих и птиц) и уничтожили целые биоценозы. Площадь лесов на Земле сократилась со времени неолита примерно в 2 раза, на месте естественной растительности появились обрабатываемые земли, возникли вторичные леса и саванны, заросли кустарников, пустоши, луга. Облик земной поверхности значительно изменяют также и инженерные сооружения, направленные на преобразование речных систем, создание каналов, водохранилищ и т.п. При строительных работах и добыче полезных ископаемых ежегодно перемещаются огромные массы горных пород.

Естественная производительность многих ландшафтов в результате воздействия  человека резко возросла; на территориях, улучшенных с помощью осушения, искусственного орошения, защитных лесных полос, а  местами отвоёванных у моря, возникли культурные ландшафты. Однако вмешательство  человека в регулирование природных  процессов не всегда приносит желаемые положительные результаты, т.к. трудно правильно оценить отдалённые последствия такого воздействия. Нарушение хотя бы одного из природных компонентов приводит, в силу существующих между ними взаимосвязей, к перестройке сложившейся структуры природно-территориальных комплексов. Так, вырубка леса, распашка почвы, чрезмерная перегрузка пастбищ служат причинами нарушения почвенного покрова, изменения водного баланса, развития эрозии, образования пыльных бурь, перевевания песков, заболачивания и т.п.

Особенно серьёзную угрозу для окружающей среды представляют изменения, если они осуществляются без учёта условий её сохранения, — интенсивное развитие ряда ведущих отраслей энергетики и обрабатывающей промышленности (переработка нефти, ядерная энергетика, химическая промышленность, цветная металлургия и др.), химизация сельского хозяйства, рост автомобильного, водного и авиационного транспорта. Непосредственным следствием этого является загрязнение поверхности суши, гидросферы и атмосферы. Возросла интенсивность загрязнения Мирового океана, особенно нефтепродуктами, ежегодное поступление которых в воды океанов оценивается в 10 млн. т. Образуя на поверхности воды плёнку, затрудняющую газо- и водообмен между океаном и атмосферой, нефтепродукты резко ухудшают условия развития морских организмов. Ежегодно промышленные предприятия и транспорт выбрасывают в атмосферу около 1 млрд. т аэрозолей и газов (в т. ч. угарный газ, сернистый ангидрид, окислы азота), приблизительно столько же сажи; в водоёмы поступает свыше 500 млрд. т промышленно-бытовых стоков. В крупных промышленных центрах капиталистических стран содержание ядовитых примесей в воздухе превышает предельно допустимые концентрации, что часто ведёт к опасным заболеваниям населения. Ядовитые примеси из воздуха и водоёмов вовлекаются в планетарный влагооборот, переносятся воздушными течениями на большие расстояния, попадают в почвенные растворы, концентрируются в растениях, откуда поступают в организмы животных и человека.

По своему происхождению, окружающая среда представляет собой  совокупность нескольких групп факторов воздействия на человека, флору и  фауну в целом.

Физические факторы: солнечная  радиация и другие физические воздействия  космического происхождения (галактические, луна, межпланетное магнитное поле и др.),температура, влажность, скорость движения и давление воздуха, температура ограждающих поверхностей (радиационная температура от строительных конструкций, почвы, оборудования и др.), шум, вибрация, ионизирующие излучения, освещенность, электромагнитные волны и др.

Химические факторы: природные  и искусственного происхождения  химические элементы и соединения (загрязнители), входящие в состав воздуха, воды, почвы, пищевых продуктов, строительных материалов, одежды, обуви, различных предметов  обихода и интерьера, бытовой  электротехники, промышленного оборудования и др.

Биологические факторы: безвредные и вредные микроорганизмы, вирусы, глисты, грибки, разные животные и растения и продукты их жизнедеятельности.

Физические, химические, в  определенной мере и биологические  факторы могут быть как природного, так и искусственного (антропогенно-техногенного) происхождения, чаще имеет место воздействие на человека совокупности этих факторов.

Следует учитывать, что помимо перечисленных материальных факторов, значительное влияние на человека оказывают и факторы информационно - психологические – воздействие устного и печатного слова, слуховые и зрительные восприятия. 　

Факторы окружающей внешней среды воздействуют на морфологические и биохимические процессы жизнедеятельности в организме человека, органы и ткани которого контактируют с этими факторами, принимая т.о. непосредственное участие в формировании внутренней (эндогенной) среды организма. Они могут быть причиной возникновения различных заболеваний и усугубления их течения, но могут также быть использованы для более скорого выздоровления после заболевания и укрепления здоровья человека в целом.

Экологические факторы.

Неживая и живая природа, окружающая растения, животных и человека, носит название среды обитания. Множество  отдельных компонентов среды, влияющих на организмы, называются экологическими факторами.  По природе происхождения  выделяют абиотические, биотические  и антропогенные факторы. Абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.  Биотические  факторы - это все формы воздействия  живых организмов друг на друга.  Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые  организмы, однако в настоящее время  выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком. Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни.  Таким образом, каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе и человека, и, в свою очередь, оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

Законы воздействия экологических  факторов на живые организмы.

Несмотря на многообразие экологических факторов и различную  природу их происхождения, существуют некоторые общие правила и  закономерности их воздействия на живые  организмы.  Для жизни организмов необходимо определенное сочетание  условий. Если все условия среды  обитания благоприятны, за исключением  одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором. Первоначально  было установлено, что развитие живых  организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных  солей, влаги, света и т.п. В середине XIX века немецкий химикорганик Юстас Либих первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал это явление законом минимума; в честь автора его еще называют законом Либиха.  В современной формулировке закон минимума звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы удобрениями и т.п. Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел спустя 70 лет после Либиха американский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности. Согласно закону толерантности лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору. Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно.  В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальному почвообразованию в черноземной зоне.  Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобиотными, а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, - эврибиотными. Среди законов, определяющих взаимодействие индивида или особи с окружающей его средой, выделим правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма. Оно утверждает, что вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям.

Абиотические факторы  среды обитания.

Абиотические факторы - это  свойства неживой природы, которые  прямо или косвенно влияют на живые  организмы. Температура является наиболее важным климатическим фактором. От нее зависит интенсивность обмена веществ организмов и их географическое распространение. Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона  температур. И хотя для разных видов  организмов (эвритермных и стенотермных) эти интервалы различны, для большинства  из них зона оптимальных температур, при которых жизненные функции осуществляются наиболее активно и эффективно, сравнительно невелика. Диапазон температур, в которых может существовать жизнь, составляет примерно 300 С : от -200 до +100 С. Но большинство видов и большая часть активности приурочены к еще более узкому диапазону температур. Определенные организмы, особенно в стадии покоя, могут существовать по крайней мере некоторое время, при очень низких температурах. Отдельные виды микроорганизмов, главным образом бактерии и водоросли, способны жить и размножаться при температурах, близких к точке кипения. Верхний предел для бактерий горячих источников составляет 88 С, для сине-зеленых водорослей - 80 С, а для самых устойчивых рыб и насекомых - около 50 С. Как правило, верхние предельные значения фактора оказываются более критическими, чем нижние, хотя многие организмы вблизи верхних пределов диапазона толерантности функционируют более эффективно.  У водных животных диапазон толерантности к температуре обычно более узок по сравнению с наземными животными, так как диапазон колебаний температуры в воде меньше, чем на суше.  Таким образом, температура является важным и очень часто лимитирующим фактором. Температурные ритмы в значительной степени контролируют сезонную и суточную активность растений и животных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Информация о состоянии  окружающей природной среды, об изменениях этого состояния давно используется человеком для планирования своей  деятельности. Уже более 100 лет наблюдения за изменением погоды, климатом ведутся  регулярно в цивилизованном мире. Это всем нам знакомые метеорологические, фенологические, сейсмологические и  некоторые другие виды наблюдений и  измерений состояния окружающей среды. Теперь уже никого не надо убеждать, что за состоянием природной среды  надо постоянно наблюдать. Все шире становится круг наблюдений, число  измеряемых параметров, все гуще сеть наблюдательных станций. Все большей  сложностью обладают проблемы, связанные  с мониторингом окружающей среды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Николайкин Н.Н., Ноколайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. – М.: Дрофа, 2004.
2. 4. Горелов А.А. Экология: учебное пособие. - М.: Центр. 1999.
3. Агроэкология. Методология, технология, экономика / В.А. Черников, И.Г. Грингоф, В.Т. Емцев и др.; Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. — М.: КолосС, 2004. — 400 с.
4.   http://www.priroda-pnz.ru
5.   http://www.rusnauka.com