II. Среда обитания человека
2.1. Характеристики среды обитания
Среда обитания или окружающая среда ОС - это целостная система взаимосвязанных природных и антропогенных объектов и явлений, в которых протекает труд, быт и отдых людей. Она характеризуется совокупностью физических, химических и биологических факторов, способных при определенных условиях оказывать прямое или косвенное, немедленное или отдаленное воздействие на деятельность и здоровье человека. ОС является неотъемлемой составной частью биосферы.
Биосфера - это область распространения жизни на Земле. Она включает населенную организмами верхнюю часть земной коры (литосферы), воды рек, озер, водохранилищ, морей, океанов (гидросферу) и нижнюю часть атмосферы (тропосферу). По определению Вернадского “пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни”. По современным представлениям это поле ограничено в вертикальном пределе высотой - 6...7 км (хлорофилоносные растения). Нижний предел ограничен дном океана (около 11 км) и изотермой 100°С в литосфере (около 3...4 км).
Энергетически биосфера незамкнута - в ней идет поглощение теплоты извне и ее использование в изотермических условиях. Односторонний приток энергии к биосфере - это фундаментальный закон экологии. Другой закон констатирует наличие материального обмена в среде. Различные виды организмов поглощают вещества, необходимые для их роста, поддержания жизни и воспроизводства, а также вырабатывают и выбрасывают в среду органические продукты. Они разлагаются, растворяются в воде, попадают в почву, атмосферу и т.п. Различают три основных типа биогеохимических круговоротов:
круговорот воды;
круговорот элементов преимущественно в газообразной фазе;
круговорот элементов преимущественно в осадочной фазе.
На интенсивность и протекание энергетического и материального обмена влияют различные факторы. Более 30% солнечной энергии отражается верхними слоями атмосферы в космическое пространство, еще 8% - пылью, взвешенной в атмосфере. Более 10% поглощается водяным паром, озоном и другими многоатомными газами и 52% энергии достигает Земли. Из них:
10% Составляют потери на отражение;
50% Расходуется на испарение воды;
40% Улавливается живыми организмами.
Только около 1% солнечной энергии улавливается растениями и превращается в живое вещество биосферы, которое является пищей для всех биосистем. Таким образом, состояние биосферы и процессы материально-энергетического обмена чувствительны к антропогенным воздействиям:
приток солнечной энергии к биосистемам и механизм фотосинтеза существенно зависят от чистоты атмосферы (наличия механических и химических примесей, пылей и газов);
круговороты химических элементов и веществ подвержены воздействию на всех стадиях преобразования.
98% массы живого вещества состоит из кислорода О (70%), углерода С (18%), водорода Н (10%).Большая часть О и Н входит в состав воды. 10 других элементов вместе составляют 1,5% (азот N, натрий Nа, магний Mg, кремний Si, фосфор Р, сера S, калий К, кальций Са, железо Fe, хлор Cl). Среди них выделяются так называемые “лимитирующие элементы”. При их недостатке или отсутствии ограничивается или прекращается рост живого вещества. Этот эффект подчиняется закону или принципу минимума Ю. Либиха- выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологический потребностей, т.е. жизненные возможности лимитируют экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму; дальнейшее их снижение ведет к гибели организма или деструкции экосистемы.
Таким образом, в соответствии с принципом минимума Либиха скорость роста живого вещества определяется не всеми элементами, а только тем из них, который находится в наибольшем относительном дефиците, т.е. в экологическом минимуме. В наибольшей степени к лимитирующим элементам относится фосфор Р.
Круговорот фосфора относится к осадочным круговоротам. Содержание Р в земной коре не превышает 1%. Основными источниками неорганического Р являются изверженные или осадочные породы.
Круговорот Р в природе несовершенен.
На суше он протекает при минимуме потерь.
Громадные запасы фосфора, накопившиеся
за прошлые геологические
Рис.2. Круговорот фосфора на суше
эпохи, содержат горные осадочные породы; в процессе разрушения и выщелачивания эти породы отдают фосфаты наземным экосистемам. Биоредуценты минерализуют органические соединения фосфора из отмерших организмов в фосфаты, которые через корневую систему вновь потребляют растения.
Существенные потери фосфора происходят в водоемах. Значительные количества фосфатов оказываются вовлеченными в круговорот воды, выщелачиваются и попадают в моря. Здесь они обогащают соленые воды, питают фитопланктон и связанные с ним пищевые цепи; затем вместе с отмершими остатками фосфаты погружаются в океанические глубины. Часть их, отлагающаяся в пределах досягаемости морских экосистем после окисления, используется ими, но вследствие недостатка кислорода (из-за небольшой скорости его диффузии) процесс разложения замедлен и бо́льшая часть минерализованного фосфора теряется в глубинных отложениях в виде нерастворимых соединений. Частичный возврат фосфатов на землю возможен и с помощью морских птиц (имеется в виду гуано, огромные залежи которого на побережье Перу указывают на то, что некогда морские птицы играли большую роль в его накоплении, чем теперь) и благодаря рыболовству (рыбу используют в качестве удобрения под посевы риса). Экономическая деятельность человека приводит к еще бо́льшему замедлению этого круговорота. Загрязнение воды приводит к существенному снижению скорости диффузии кислорода к донным осадкам (например, при наличии на поверхности воды пленки нефтепродуктов скорость диффузии снижается на порядки).
Рис.3. Круговорот фосфора Р в воде
Ежегодный вынос фосфора в Мировой океан составляет 1,4107 т, скорость обратного процесса переноса птицами и с продуктами рыбного промысла составляет 105 т в год. Поскольку запасы фосфора малы и круговорот его чувствителен к воздействию техногенных факторов среды, то их неблагоприятные изменения могут привести к серьезным и необратимым последствиям.