Адаптации организмов к факторам внешней среды. 
Функции живого вещества в биосфере. 
Формирование экологического сознания

1. Что такое адаптации организма и чем они обусловлены?

2. Что такое «биогеохимические циклы» и каковы функции живого вещества в биосфере?

3. Какой экологический ущерб наносит эрозия почв (земель)?

4. Каким образом очищают сточные воды от загрязнений?

5. Какова роль воспитания и образования в развитии экологического сознания?

6. Каковы основные загрязнители почв?

Вопрос 1. Что такое адаптации организма и чем они обусловлены?.

Адаптация (лат. «приспособление») — приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функции организмов (особей, видов, популяций) и их органов. Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных факторов — изменчивости, наследственности и естественного отбора (равно как и искусственного — осуществляемого человеком).

Периодические факторы.

Основные адаптации организмов к факторам внешней среды наследственно обусловлены. Они формировались на историко-эволюционном пути биоты и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факто-рам, но среди них важно различать первичные и вторичные.

Первичные факторы.

Первичные — это те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы, естественные геофизические поля и др. Адаптация организмов к этим факторам наиболее древняя и наиболее совершенная.

Вторичные факторы.

Вторичные периодические факторы являются следствием изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, связанная с цикличностью в развитии растений; ряд биотических факторов внутривидового влияния и др. Они возникли позднее первичных и адаптация к ним не всегда четко выражена.

В нормальных условиях в местообитании должны действовать только периодические факторы, непериодические — отсутствовать.

Непериодические факторы.

Непериодические факторы обычно воздействуют катастрофически: могут вызвать болезни или даже смерть живого организма. Человек использовал это в своих интересах, искусственно вводя непериодические факторы: например, химическая отрава уничтожает вредные для него организмы: паразитов, вредителей сельхозкультур, болезнетворные бактерии, вирусы и т. п. Но оказалось, что длительное воздействие этого фактора также может вызвать адаптацию к нему: насекомые адаптировались к ДДТ, бактерии и вирусы — к антибиотикам, и т. д.

Источником адаптации являются генетические изменения в организме — мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм. Мутации разнообразны и их накопление может даже привести к дезинтеграционным явлениям, но благодаря отбору мутации и их комбинирование приобретают значение «ведущего фактора адаптивной организации живых форм» На историко-эволюционном пути развития на организмы действуют абиотические и биотические факторы в комплексе. Известны как успешные адаптации организмов к этому комплексу факторов, так и «безуспешные», т. е. вместо адаптации вид вымирает. Прекрасный пример успешной адаптации — эволюция лошади в течение примерно 60 млн. лет от низкорослого предка до современного красивейшего быстроногого животного с высотой в холке до 1,6 м. Противоположный этому пример — сравнительно недавнее (десятки тысяч лет назад) вымирание мамонтов. Высокоаридный, субарктический климат последнего оледенения привел к исчезновению растительности, которой питались эти животные, кстати, хорошо приспособленные к низким температурам (Величко, 1970). Кроме того, высказываются мнения, что в исчезновении мамонта «повинен» и первобытный человек, которому тоже надо было выжить: мясо мамонтов употреблялось им в качестве пищи, а шкура спасала от холода.

В приведенном примере с мамонтами недостаток растительной пищи вначале ограничивал численность мамонтов, а ее исчезновение привело к их гибели. Растительная пища выступала здесь в виде лимитирующего фактора. Эти факторы играют важнейшую роль в выживании и адаптации организмов. Наряду с общей приспособленностью, зависящей от генотипа в целом и измеряемой выживаемостью и успехом в размножении, в процессе эволюции возникают приспособления, или адаптации, для решения организмом экологических задач, предъявляемых средой обитания. Отдельные адаптации — это постоянно возникающие в процессе развития жизни, изменяющиеся, самосовершенствующиеся, иногда исчезающие, эволюционно обусловленные приспособления к конкретным факторам среды. В результате выработки адаптации достигается состояние адаптированности, или соответствия морфологии, физиологии, поведения организмов занимаемым ими экологическим нишам. Под экологической нишей понимают всю совокупность условий среды и образа жизни данного организма.

Процесс выработки адаптации происходит постоянно. В него вовлечены многие признаки организма. Эволюция птиц от рептилий включала, например, последовательные изменения костей, мышц, покровов, конечностей. Увеличение грудины, перестройка гистологической структуры костей, придавшей им наряду с прочностью легкость, развитие оперения, обусловившего лучшие аэродинамические свойства и терморегуляцию, превращение пары конечностей в крылья, обеспечило решение проблемы полета. У некоторых представителей птиц впоследствии развились приспособления к наземному или водному образу жизни (страус, пингвин).

Вторичные адаптации захватили также ряд признаков: пингвины, например, сменили крылья на плавники, а их покровы стали водонепроницаемы.

Одна экологическая задача может решаться путем выработки разных адаптаций. Так, средством термоизоляции у медведей, песцов является густой мех, а у китообразных — жировой подкожный слой.

Адаптации возникают в ответ на конкретную экологическую задачу. В силу этого они всегда относительны. Относительность адаптации заключается в ограниченности их приспособительного значения определенными условиями обитания. Так, приспособительная ценность пигментированности бабочек березовых пядениц по сравнению со светлыми формами очевидна лишь на закопченных стволах деревьев. Приведенный пример показывает также, что о степени адаптивности признака можно судить лишь сравнив два его разных состояния.

Приспособление образуется только при наличии в генофонде вида наследственной информации, позволяющей изменить структуру и функции в требуемом направлении. Так, млекопитающие и насекомые используют для дыхания соответственно легкие и трахеи, которые развиваются из разных зачатков под контролем разных генов. Нередко основу нового приспособления составляет предсуществующая структура. Последняя выполняла другие функции, но изменилась в таком направлении и до такой степени, что смогла взять на себя новые функции.

Наличие структур, способных расширить или изменить круг функций, называют преадаптацией. Например, когда-то у рыб, обитавших в мелководных водоемах со стоячей и бедной кислородом водой, появились полые выросты в передней части пищевода и мускулистые плавники.

Первая структура способствовала решению задачи дыхания, а вторая — перемещения по грунту. Они позволили некоторым рыбам покидать на время водоемы. Первоначально такие выходы совершались, видимо, в дождливые дни или влажные ночи. Именно так делает в настоящее время американский сомик-кошка Ictalurus nebulosus. Впоследствии эти структуры развились в легкие и конечности наземных животных. К адаптации иногда приводит новая мутация. Включившись в систему генотипа, она изменяет фенотип в направлении более эффективного решения экологических задач. Этот путь возникновения адаптации называют комбинативным.

Есть несколько классификаций адаптации. По механизму действия выделяют приспособления пассивной защиты (высокая плодовитость; покровительственная, отпугивающая окраска), активной защиты, перемещения и добывания пищи (совершенствование аппарата движения, нервной системы, органов чувств; развитие средств нападения у хищных), к общественному образу жизни (разделение «труда» у пчел), к сожительству с другими организмами (симбиоз, паразитизм).

В зависимости от характера изменения различают адаптации с усложнением или упрощением морфофизиологической организации. Последнее типично для паразитов. По масштабу приспособления делят на специализированные и общие. С помощью специализированных адаптации организм решает конкретные задачи в узкоограниченных условиях жизни вида. К примеру, особенности строения языка муравьеда таковы, что обеспечивают питание муравьями. Общие адаптации позволяют решать многие задачи в широком спектре условий среды. К ним относят внутренний скелет позвоночных и наружный членистоногих, гемоглобин как переносчик кислорода и др.

При наличии таких адаптаций осваиваются разнообразные экологические ниши. Они обеспечивают значительную экологическую и эволюционную пластичность и обнаруживаются у представителей крупных таксонов организмов. Так, первичный роговой покров предковых форм рептилий в процессе исторического развития дал покровы современных рептилий, птиц, млекопитающих. Масштаб приспособления выявляется в ходе эволюции той группы организмов, у которой оно возникло впервые.

Вопрос 2. Что такое «биогеохимические циклы» и каковы функции живого вещества в биосфере?.

Химические элементы циркулируют в биосфере характерными путями из внешней среды в организм и снова во внешнюю среду. Процессы движения химических элементов, которые происходят с участием живого вещества, называются биогеохимическими циклами. Движение необходимых для жизни элементов и неорганических соединений можно назвать круговоротом элементов питания. Относительно биосферы, биогеохимические циклы можно разделить на два основных типа:

1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере,.

2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Из газообразных круговоротов рассмотрим два глобальных круговороты — углерода и воды. Они имеют очень большое значение для человечества. От изменений, происходящих в этих круговорот, зависит будущее человечества на Земле.

Углекислый газ поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Второе его источник — выделение по трещинам земной коры из осадочных пород благодаря химическим процессам.

Можно считать, что этот СО₂ тоже имеет биогенное происхождение. Часть углекислого газа поступает в атмосферу из мантии Земли во время вулканических извержений. Это 0,01% всего СО₂, выделяемого живыми организмами (Н.М. Чернова, А. М. Билова, 1986). Кроме СО₂, в атмосфере присутствуют в небольшом количестве СО (0,1 части на миллион) и СН₄ — 1,6 части на миллион. Эти соединения, как и СО₂, находятся в быстром круговороте: 0,1 года для СО; 3,6 года для СН₄ и 4 года для СО₂. СО и СН₄ образуются при неполной или анаэробного разложения органических соединений. В дальнейшем в атмосфере они окисляются до СО₂. Сегодня запасы углерода в атмосфере оценивают в 700 млрд. тонн, а в гидросфере — 50 000 млрд. тонн. Годовой фотосинтез составляет для атмосферы 30 млрд. тонн и для гидросферы — 150 млрд. тонн. Исходя из этих цифр, время кругооборота СО₂ составляет 300−400 лет (Р. Дажо, 1975). Количество СО₂ в атмосфере не уменьшается, его запасы постоянно увеличиваются за счет дыхания, брожения, сведение лесов, распашка почв, сгорания. С увеличением содержания СО₂ в атмосфере связана глобальная экологическая проблема — потепление климата.

Понятие «живое вещество» обозначает совокупность живых организмов биосферы. Область распространения включает нижнюю часть воздушной оболочки (атмосферы), всю водную оболочку (гидросферу), и верхнюю часть твёрдой оболочки (литосферы). Это понятие было введено В. И. Вернадским. Он отметил, что между косной, безжизненной частью биосферы, косными природными телами и живыми организмами, её населяющими идёт непрерывный обмен энергией. Живое вещество играет наиболее важную роль по сравнению с другими веществами биосферы, и выполняет рад важнейших функций.

Энергетическая функция.

Энергетическая функция выполняется, прежде всего, растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия. Собственных источников энергии она не имеет и может потреблять энергию только от внешних источников. Главным источником для биосферы является Солнце. По сравнению с Солнцем, энергетический вклад других поставщиков (внутреннее тепло Земли, энергия приливов, излучение космоса) в функционирование биосферы ничтожно мал (около 0,5% от всей энергии, поступающей в биосферу). Солнечный свет для биосферы является рассеянной лучистой энергией электромагнитной природы. Почти 99% этой энергии, поступившей в биосферу, поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в вызванных ею физических и химических процессах (движение воздуха и воды, выветривание и др.) Только около 1% накапливается на первичном звене ее поглощения и передается потребителям уже в концентрированном виде. По словам Вернадского, зеленые хлорофильные организмы, зеленые растения, являются главным механизмом биосферы, который улавливает солнечный луч и создает фотосинтезом химические тела — своеобразные солнечные консервы, энергия которых в дальнейшем становится источником действенной химической энергии биосферы, а в значительной мере — всей земной коры. Без этого процесса накопления и передачи энергии живым веществом невозможно было бы развитие жизни на Земле и образование современной биосферы.

В результате фотосинтеза растительность земного шара ежегодно усваивает около двухсот миллиардов тонн углекислого газа и выделяет в атмосферу примерно сто сорок пять миллиардов тонн свободного кислорода, при этом образуется более ста миллиардов тонн органического вещества. Если бы не жизнедеятельность растений, исключительно активные молекулы кислорода вступили бы в различные химические реакции, и свободный кислород исчез бы из атмосферы примерно за десять тысяч лет. К сожалению, варварское сокращение человеком массивов зеленого покрова планеты являет реальную угрозу уничтожения современной биосферы. В процессе фотосинтеза одновременно с накоплением органического вещества и продуцированием кислорода растения поглощают часть солнечной энергии и удерживают ее в биосфере. На фотосинтез используется около 1% солнечной энергии, падающей на Землю. Возможно, этот низкий показатель связан с малой концентрацией углекислого газа в атмосфере и гидросфере. Ежегодно фотосинтезирующие организмы суши и океана связывают около 3*1018 кДж солнечной энергии, что примерно в десять раз больше той энергии, которая используется человечеством.

В отличие от зеленых растений некоторые группы бактерий синтезируют органическое вещество за счет не солнечной энергии, а энергии, выделяющейся в процессе реакций окисления серных и азотных соединений. Этот процесс именуется хемосинтезом. В накоплении органического вещества в биосфере он, по сравнению с фотосинтезом, играет ничтожно малую роль. Внутри экосистемы энергия в виде пищи распределяется между животными. Синтезированные зелеными растениями и хемобактериями органические вещества (сахара, белки и др.), последовательно переходя от одних организмов к другим в процессе их питания, переносят заключенную в них энергию. Растения поедают растительноядные животные, которые в свою очередь становятся жертвами хищников и т. д. Этот последовательный и упорядоченный поток энергии является следствием энергетической функции живого вещества в биосфере.

Деструктивная функция.

Минерализация органических веществ, разложение отмершей органики до простых неорганических соединений, химическое разложение горных пород, вовлечение образовавшихся минералов в биотический круговорот определяет деструктивную (разрушительную) функцию живого вещества. Данную функцию в основном выполняют грибы, бактерии. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т. д.), которые вновь используются в начальном звене круговорота. Этим занимается специальная группа организмов — редуценты (деструкторы).

Особо следует сказать о химическом разложении горных пород. Благодаря живому веществу биотический круговорот пополняется минералами, высвобождаемыми из литосферы. Например, плесневый грибок в лабораторных условиях за неделю высвобождал из вулканической горной породы 3% содержащегося в ней кремния, 11% алюминия, 59% магния, 64% железа.

Сильнейшее химическое воздействие на горные породы растворами целого комплекса кислот — угольной, азотной, серной и разнообразных органических оказывают бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и лишайники. Разлагая с их помощью те или иные минералы, организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие питательные элементы — кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, микроэлементы. Общая масса зольных элементов, вовлекаемая ежегодно в биотический круговорот только на суше, составляет около восьми миллиардов тонн, что в несколько раз превышает массу продуктов извержения всех вулканов мира на протяжении года. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов создается уникальное свойство почв — их плодородие.

Концентрационная функция.

Концентрационная (накопительная) функция — избирательное накопление определенных веществ, рассеянных в природе — водорода, углерода, азота, кислорода, кальция, магния, натрия, калия, фосфора и многих других, включая тяжелые металлы, в живых существах. Раковины моллюсков, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных — все это примеры проявления концентрационной функции живого вещества.

Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов — это характерная особенность живого вещества. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы. Например, в продуктах жизнедеятельности некоторых из них по сравнению с природной средой содержание марганца увеличено в 1 200 000 раз, железа — в 65 000, ванадия — в 420 000, серебра — в 240 000 раз.

Для построения своих скелетов или покровов активно концентрируют рассеянные минералы морские организмы. Так, существуют кальциевые организмы — известковые водоросли, моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие, и т. п., и кремниевые — диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии. Особого внимания заслуживает способность морских организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы. В теле беспозвоночных и рыб их концентрация может в сотни тысяч раз превосходить содержание в морской воде. Вследствие этого морские организмы полезны как источник микроэлементов, но вместе с тем употребление их в пищу может грозить отравлением тяжелыми металлами или быть опасным в связи с повышенной радиоактивностью.

Средообразующая функция.

Живое вещество преобразует физико-химические параметры среды в условия, благоприятные для существования организмов. В этом проявляется еще одна главная функция живого вещества — средообразующая. Например, леса регулируют поверхностный сток, увеличивают влажность воздуха, обогащают атмосферу кислородом.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к восстановлению благоприятных условий существования выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий. Он заключается в том, что изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Например, на повышение содержания углекислого газа в атмосфере биосфера отвечает усилением фотосинтеза, который снижает концентрацию кислорода. Таким образом, устойчивость биосферы оказывается явлением не статическим, а динамическим. Средообразующая роль живого вещества имеет химическое проявление и выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют об участии живых организмов в химических процессах изменения вещественного состава биосферы. В результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана; образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный почвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер). Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и биогеохимические, связанные с деятельностью человека.

Вопрос 3. Какой экологический ущерб наносит эрозия почв (земель)?.

Эрозия почв в тех масштабах, в которых она наблюдается сейчас, является, несомненно, результатом человеческой деятельности, поэтому ее называют антропогенной эрозией. Было бы неправильно, однако, причину возникновения эрозии относить исключительно на счет деятельности человека. Эрозия почв без вмешательства человека существовала и существует в настоящее время. Она называется геологической эрозией. Понятие антропогенной эрозии часто необоснованно отождествляют с понятием ускоренной эрозии, а понятие геологической эрозии — с понятием нормальной эрозии. И если антропогенная эрозия чаще всего бывает ускоренной, то геологическая не обязательно бывает нормальной.

Эрозия почв наносит большой урон народному хозяйству страны и в первую очередь — земельным ресурсам: снижается плодородие почв и сокращаются площади обрабатываемых земель. Велика территория нашей Родины — 17,1 млн. км² и велики, на первый взгляд, земельные ресурсы — около 12 га на одного жителя страны. Но избыток земельных ресурсов — кажущийся. Объясняется это тем, что значительная часть территории приходится на зону с холодным климатом и крутые склоны. На обширных пространствах распространены заболоченные, засоленные и маломощные почвы, и только на 13% территории почвы используются для возделывания сельскохозяйственных культур. Вот почему пахотных почв в стране не так уж много, всего около 0,89 га на одного жителя, и эта цифра ежегодно сокращается на 0,0065 га (в среднем за последние 20 лет).

В мировом масштабе земельные ресурсы также не безграничны. В настоящее время на Земле в сельском хозяйстве используется около 1.5*10−9 га земель. Потенциально пригодных к использованию земель насчитывается около 3,2−10−9 га, однако вовлечение в сельскохозяйственное использование новых земель обусловлено все возрастающими капитальными вложениями на их освоение, включая мелиорацию и ирригацию.

Положение осложняется также географической неравномерностью распределения народонаселения: на 7% суши сконцентрировано 70% человечества. И в этих сложных условиях часть пахотных почв ежегодно и во все возрастающих масштабах отчуждается для целей строительства городского, транспортного и промышленного. Кроме того, часть почв ежегодно безвозвратно теряется в результате эрозии. Только в черноземной зоне России овраги ежедневно «съедают» до 70−80 га земли. Но овраги — это крайняя степень проявления эрозии. Более широко распространена поверхностная эрозия. Она не столь заметна, как овражная, но очень вредна. Под действием поверхностной эрозии снижается плодородие почвы, повреждаются растения, а это приводит к потере 10−70% урожая.

От эрозии почв страдает не только сельское хозяйство. Почва, смываемая с полей, откладывается в прудах, озерах, водохранилищах, попадает в каналы и реки. В некоторых случаях пруды полностью заиливаются в течение 10−15 лет. Заиливание водоемов и повышение мутности воды в реках затрудняет действие гидроэлектростанций, работу систем водоснабжения и водного транспорта. Количество наносов, транспортируемых рекой, зависит от интенсивности эрозии почв в ее бассейне и может достигать очень большой величины. Наибольшей мутностью воды отличаются реки Хуанхэ и Янцзы (до 35−40 кг/м3). Расчистка водохранилищ, каналов и рек требует больших капитальных вложений. адаптация биосфера экологический сознание Важно отметить, что при стоке воды и смыве почвы с пашни отчуждается от 10 до 30% вносимых удобрений и пестицидов, и они не только безвозвратно теряются, но и оказывают огромное негативное влияние на экологическое состояние территории, особенно на качество воды в реках, прудах и водохранилищах. В США на очистку воды тратится около одного миллиона долларов в день. В нашей стране чистая вода также достается с большими затратами.

Особое значение имеет эрозия почв в миграции радионуклидов. Радиоактивные изотопы, например цезий-137, прочно сорбируются почвой и перемещаются вместе с ней, в результате чего при смыве и дефляции почв происходит территориальное перераспределение радионуклидов, сосредоточенных, главным образом, в пахотном горизонте. Развитие эрозии почв на загрязненной территории может вызвать образование новых очагов радиоактивности в местах аккумуляции смытой или сдутой почвы с повышенным содержанием радионуклидов. Аналогичным путем образуются очаги вторичного загрязнения почв некоторыми гербицидами, а также засоления. Вторичное засоление в результате отложения содержащих растворимые соли эоловых наносов в настоящее время широко распространено в окрестностях высыхающего Аральского моря.

Вопрос 4. Каким образом очищают сточные воды от загрязнений?.

Вода необходима для жизнедеятельности человека. Однако она постоянно загрязняется промышленными отходами и продуктами жизнедеятельности человека. Грязь, жир, пыль и прочие составляющие делают воду непригодной для употребления в чистом виде. В природе очищение сточных вод в реках и озёрах происходит естественным путём, однако этот процесс очень медленный и требует времени. Человек, вмешивающийся в естественный ход истории и препятствующий естественному развитию природных процессов, должен нести собственную ответственность за вред, наносимый земле, на которой он живет и воздуху, которым сам же дышит.

Именно в последнее время человечество озаботилось разработкой решения такой проблемы, как разработка методов очистки сточных вод. Для разработки эффективных технологий использовались достижения и знания из различных областей наук, в результате получилось несколько вариантов решения проблемы.

На сегодняшний день существует несколько основных методов. Их применение зависит от степени загрязнения воды и наличия вредных примесей, а так же каждой конкретной ситуации, в которой они используются. Специалисты выделяют следующие методы очистки сточных вод:

Механический. Этот метод заключается в отстаивании и фильтрации воды. Для этой цели используются различные сита, решётки, септики, новозоуловители. Поверхностные загрязнения удаляются при помощи нефтеловушек и отстойников. Такой метод очистки сточных вод позволяет произвести очистку до 75%, но так как выделяются исключительно нерастворимые примеси, механический метод не очищает от органических соединений, растворённых в воде. Этот метод является одним из наиболее примитивных, поэтому усложняющиеся требования к чистоте вод потребовали дальнейшего развития технологий очистки.

Химический. Сущность химического метода очистки сточных вод состоит в применении различных химических реагентов, вступающих в химические реакции с загрязнителями и превращающих их в нерастворимые осадки. Благодаря химической очистке, количество нерастворимых примесей в воде уменьшается на 95%, однако растворимых — только на 25%. Существенным недостатком этого метода является высокая стоимость химических реагентов, что делает его малодоступным для отдельных лиц. Поэтому химический метод чаще всего используется предпринимателями, чей бизнес связан с производством или крупными заводами и организациями, несущими большой урон окружающей среде и потому берущими на себя ответственность за её сохранность. Такой метод чаще всего применяется в промышленности и производстве.

Физико-химический. Этот метод заключается в совокупном применении ультразвука и озона. Такой метод позволяет удалять из воды тонкодисперсные и растворённые неорганические примеси, разрушать плохо окисляемые и органические вещества. Наиболее распространённый вариант такого метода — электролиз. Задача электролиза состоит в разрушении органических веществ в сточных водах. Он же позволяет извлекать из воды и неорганические вещества — различные металлы, кислоты и т. д. Такой способ очистки наиболее эффективен на медных и свинцовых предприятиях, в лакокрасочной промышленности. Очистка с помощью электролиза осуществляется при помощи специальных приборов — электролизеров. Кроме того, существуют и другие физико-химические методы очистки сточных вод — коагуляция, окисление, экстракция, сорбция и т. д. Каждый конкретный метод требует тщательного изучения ситуации и определенного выбора в пользу максимально эффективного, но при этом наиболее безвредного способа очистки. Этот способ очистки особенно привлекателен тем, что обладает обеззараживающим свойством. Такие свойства объясняются конструктивными особенностями очистной системы, в которой применяется озон и ультразвук.

Биологический. Этот метод большинство специалистов называют самым эффективным способом очистки воды. Его особенность заключается в использовании особых бактерий, которые влияют на минерализацию загрязнений. Под воздействием этих бактерий все загрязнения распадаются на отдельные компоненты, которые совершенно безвредны для здоровья человека. Этот метод очистки сточных вод является надёжной защитой от загнивания воды, который в то же время и максимально безопасен в экологическом плане. Существует несколько разновидностей биологических устройств, созданных для очистки водоёмов. К ним относятся биофильтры, биологические пруды и аэротенки. Перед тем, как применять биологический метод, нередко рекомендуют применять механическую, а затем и химическую очистку для того, чтобы удалить болезнетворные микробы и бактерии. Часто в этих целях воду очищают жидким хлором или хлорной известью. Можно использовать и другие приемы для дезинфекции, например озонирование, ультразвук и т. д.

Биологический метод очистки сточных вод наиболее распространён при очистке коммунально-бытовых стоков. Кроме того, он нередко применяется для утилизации отходов предприятий нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, так как является наиболее эффективным в этой области и для этого рода загрязнений.

Комбинированный. Сущность комбинированного метода очистки сточных вод состоит в одновременном использовании двух или более методов очистки для достижения наилучшего результата. Выбор методов очистки и порядка из использования зависит от конкретных особенностей водоёма и степени загрязнения воды. Как правило, в первую очередь используется механическая очистка, удаляющая основную массу нерастворимых неорганических загрязнений. Вторым этапом становится биологическая очистка. В качестве последующей дезинфекции используются методы физико-химической очистки, такие как ультразвук, озонирование, электролиз.

Вопрос 5. Какова роль воспитания и образования в развитии экологического сознания?.

Серьёзнейший экологический кризис, поразивший нашу планету, внёс существенные коррективы в отношения человека и природы, заставил переосмыслить все достижения мировой цивилизации. Приблизительно с шестидесятых годов двадцатого столетия, когда перед человечеством впервые так остро встала проблема уничтожения всего живого в связи с промышленной деятельностью, стала оформляться новая наука — экология и как следствие этого возникновения, появилась экологическая культура. В связи с глобальным экологическим кризисом, необходимо выяснить, какие отношения человека и природы можно считать гармоничными, как человеческая деятельность влияет на окружающую среду и отметить, почему экологическая культура и экологическое воспитание так важны особенно сейчас. Немаловажно заметить, как уровень экологического воспитания соотносится с положением дел в мире, в каких корреляционных отношениях он состоит с глобальным экологическим кризисом. Вследствие этого, следует показать, что уровень экологической культуры прямо пропорционален экологической обстановке в мире, находится в прямой зависимости от экологического воспитания. От уровня экологического воспитания, экологической культуры зависит вопрос выживания человечества, сможет ли человек остаться на нашей планете, или его ждёт вымирание или деградация с последующей мутацией. Именно такую дисциплину как «экологическая культура» сегодня возложена миссия спасения человечества, выработки механизмов противодействия вымиранию и гибели. Поэтому необходимо внимательнейшим образом подойти к проблеме экологического кризиса, и противодействовать ему посредством образования и путём пересмотра, как достижений цивилизации, так и всего законодательства.

Экологическая ответственность на прямую связана с экологическим воспитанием и с такими качествами личности, как самоконтроль, умение предвидеть ближайшие и отдаленные последствия своих действий в природной среде, критическое отношение к себе и другим. Соблюдение моральных требований, связанных с отношением к природе, предполагает развитую убежденность, а не страх за возможное наказание и осуждение со стороны окружающих.

Среди многочисленных проблем особое место занимают углубление и расширение комплексных экологических знаний учащихся средних школ. Экологическое образование выступает как сложный педагогический процесс. Знание основ экологии — это важнейший компонент экологической культуры, развиваемый у школьников. Сложившаяся в настоящее время система школьного и внешкольного образования и воспитания включает большой объем экологических знаний, умений и навыков, реализующих требования в направлении роста и развития экологической культуры. В условиях современной экологической ситуации важна экологизация всей системы образования и воспитания подрастающего поколения. Одним из важнейших принципов экологического образования считается принцип непрерывности — взаимосвязанный процесс обучения, воспитания и развития человека на протяжении всей его жизни. Сейчас жизнь ставит перед воспитателями и учителями задачу развития личности ребенка, школьника как непрерывный процесс. Проблема личностного развития дошкольника, школьника, как единого, целостного процесса может быть реализована, когда воспитатель и учитель будут иметь ясную картину основных линий развития экологической культуры. Экологическое образование и воспитание возможно лишь при условии, если содержание учебных предметов способствует экологически целостных ориентаций.

Экологически культурная личность должна иметь экологические знания по основным разделам экологии и экологии родного края (краеведению), то есть:

— иметь правильное определение и характеристику 100 терминов и понятий, широко используемых в современной экологии: экология, биосфера, ноосфера, природопользование, естественные (природные) ресурсы и т. д.;

— знать о жизнедеятельности и трудах ученых и общественных деятелей, внесших наибольший вклад в становление и развитие экологии, как: Вернадский В. И., Геккель Э., Кэнон У., Моисеев Н. Н., Зюсс Э., Одум Ю. и др.;

— знать организации, движения и общества, которые занимаются природоохранной деятельностью: Всемирный фонд дикой природы, Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП), Римский клуб, Гринпис, Каспий табигаты и другие;

— знать природу своего родного края, а именно:

— местные природные условия.

— природные особенности, реки и водоемы, ландшафты, типичные растения, и животных, климат и т. д. и т. п.;

— местные, охраняемые природные объекты;

— животных местной фауны;

— местных птиц;

— видов рыб местных водоемов;

— лекарственные растения местной флоры;

— памятники культуры и искусства местного и республиканского значения.

Экологически культурная личность должна обладать экологическим мышлением, то есть уметь правильно анализировать и устанавливать причинно-следственные связи экологических проблем и прогнозировать экологические последствия человеческой деятельности. Экологическое поведение личности в быту, в процессе производственной деятельности, на отдыхе и др., которое должно быть экологически оправданным и целесообразным. Оно должно включать соблюдение следующих принципов. Поведение экологически культурной личности включает соблюдение и параметров более высокого, второго порядка: эмоциональность или, наоборот, рациональность в отношении к природе; обобщение или избирательность в отношении к природе; сознательное или несознательное отношение к природе. Экологически культурная личность при познании природы и общении с ней через свои чувства (восхищение, радость, удивление, умиление, гнев, возмущение, сострадание и др.) переживает свое отношение к ней и стремится сохранить дикую природу, проявляя тем самым любовь к миру природы. Чувство любви к природе формируется через восприятие мира природы, что включает эстетический уровень восприятия природы; отзывчивость на жизненные проявления природных объектов; эстетическое освоение природы; познание мира природы с обработкой получаемой информации; практическое взаимодействие с миром природы. Личность, обладающая всеми компонентами экологической культуры, при общении с природой может дать психологическую и эмоциональную оценку ее восприятия, вызывая у себя определенные чувства по отношению к миру природы (положительные, отрицательные, нейтральные) и, тем самым, воспитывая у себя любовь к природе. Для того чтобы у экологически культурной личности возникли определенные чувства по отношению к миру природы, необходимо воздействие на него как отрицательных, так и положительных естественных реакций (факторов) мира природы. Именно они вызывают у человека определенные эмоциональные и психологические ощущения. Но для их возникновения и оценки должны быть отложены «механизм обработки» полученных реакций мира природы. Чувства экологически культурной личности под воздействием природы определяют направление и характер формирования экологического мышления и поведения и делают внутренние более содержательными экологические знания. Все компоненты экологической культуры между собой тесно взаимосвязаны и как их формирование, так и существование невозможно друг без друга. У личности обладающей экологическими знаниями, мыслящей и действующей экологически целесообразно, проявление чувства любви к природе гораздо глубже и прочнее.

Вопрос 6. Каковы основные загрязнители почв?.

Почвы загрязняются различными химическими веществами, пестицидами, отходами сельского хозяйства, промышленного производства и коммунально-бытовых предприятий.

Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие.

Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. В ряде отраслей сельского хозяйства пестициды применяют в больших количествах для защиты растений и борьбы с сорняками. Ежегодное их применение, часто по несколько раз в сезон, приводит к их накоплению в почве и ее отравлению.

Вместе с навозом и фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека.

Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях и в лесах, на лесосеках и т. д.

Наибольшей трансформацией подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы. Суша занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых важнейшее значение имеет плодородная почва. При неправильной эксплуатации почвы безвозвратно уничтожаются в результате эрозии, засоления, загрязнения промышленными и иными отходами. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100 — 1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате такой эрозии за последнее столетие утрачено 2 млрд. га плодородных земельных угодий, или 27% земель сельскохозяйственного использования.

Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие.

Загрязнение почв связано с загрязнением атмосферы и воды. В почву попадают различные твердые и жидкие отходы промышленного производства, сельского хозяйства и коммунально-бытовых предприятий. Основными загрязняющими почву веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.

Главными источниками загрязнения являются:

Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняющих веществ преобладает бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода; мусор общественный учреждений — больниц, столовых, гостиниц, магазинов и др. Вместе с фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека. В фекальных остатках могут содержаться такие представители патогенной микрофлоры, как возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза, полиомиелита и др. Быстрота гибели в почве разных микроорганизмов неодинакова. Некоторые болезнетворные бактерии могут длительное время сохраняться и даже размножаться в почве и грунте. К ним относятся возбудители столбняка (до 12! лет), газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и некоторые другие микробы. Почва является одним из важных факторов передачи яиц гельминтов, определяя тем самым возможность распространения ряда гельминтозов. Некоторые гельминты — геогельминты (аскариды, власоглавы, анкилостомиды, сторонгилиды, трихостронгилиды и др.) проходят одну из стадий своего развития в почве и могут длительное время сохранять жизнеспособность в ней. Так, например, яйца аскарид могут сохранять жизнеспособность в почве в условиях средней полосы России — до 7−8 лет, Средней Азии — до 15 лет; яйца власоглавов — от 1 до 3 лет.

Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных локон образуются отходы бензола и фенола. Отходами целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.

Теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы, в конце концов оказывающихся в почве.

Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйстве для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. Пестициды, с одной стороны, спасают урожай, защищают сады, поля, леса от вредителей и болезней, уничтожают сорную растительность, освобождают человека от кровососущих насекомых и переносчиков опаснейших болезней (малярия, клещевой энцефалит и др.), с другой стороны — разрушают естественные экосистемы, являются причиной гибели многих полезных организмов, отрицательно влияют на здоровье людей. Пестициды обладают рядом свойств, усиливающих их отрицательное влияние на окружающую среду. Технология применения определяет прямое попадание на объекты окружающей среды, где они передаются по цепям питания, долгое время циркулируют по внешней среде, попадай из почвы в воду, из воды в планктон, затем в организм рыбы и человека или из воздуха и почвы в растения, организм травоядных животных и человека. Вместе с навозом в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека.

Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу в среднем в год 1 кг свинца в виде аэрозоля. Свинец выбрасывается в выхлопными газами автомобилей, осаждается на растениях, проникает в почву, где он может оставаться довольно долго, поскольку слабо растворяется. Наблюдается ярко выраженная тенденция к росту количества свинца в тканях растений. Это явление можно сопоставить с увеличивающимся потреблением горючего, содержащего тетраэтил свинца. Люди, живущие в городе около магистралей с интенсивным движением, подвергаются риску аккумулировать в своем организме всего за несколько лет такое количество свинца, которое намного превышает допустимые пределы. Свинец включается в различные клеточные ферменты, и в результате эти ферменты уже не могут выполнять предназначенные им в организме функции. В начале отравления отмечают повышенную активность и бессонницу, позднее утомляемость, депрессии. Более поздними симптомами отравления являются расстройства функции нервной системы и поражение головного мозга.

Самоочищение почв, как правило, медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.

В почвах накапливаются соединения металлов, например, железа, ртути, свинца, меди и др. Ртуть поступает в почву с пестицидами и промышленными отходами. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют до 25 кг в год. О масштабах химического преобразования поверхности литосферы можно судить по следующим данным: за столетие (1870−1970) на земную поверхность осело свыше 20 млрд. т шлаков, 3 млрд. т золы. Выбросы цинка, сурьмы составили по 600 тыс. т, мышьяка — 1,5 млн. т, кобальта — свыше 0,9 млн. т, никеля — более 1 млн. т.

1. Г. В. Стадницкий «Экология», Санкт-Петербург Химиздат, 1999 г.

2. Дерябо С. Д., Ясвин В. П. Экологическая педагогика и психология — Ростов-на-Дону.: Феникс, 1996.

3. Маглыш С. С. Общая экология: Учеб. Пособие/ - М12 Гродно: ГрГУ, 2001.

4. Воронков Н. А. Основы общей экологии: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей. — М.: Агар, 1999.

5. В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. Экология. Учебник для вузов / Изд. 11-е. дополи.— Ростов н/Д: Феникс, 2006. — 608 с. (Высшее образование).