79. Формы биотических отношений в биогеоценозе (симбиоз, комменсализм, протокооперация, паразитизм, конкуренция.

(Симбиоз - отношения между организмами, обычно разных видов и находящихся в более или менее длительном контакте, при которых один или оба организма извлекают из этих отношений пользу и ни один не испытывает ущерба. Первый тип симбиотических отношений, когда пользу извлекают оба организма, называется мутуализмом, второй, когда пользу извлекает лишь один из организмов, – комменсализмом («нахлебничеством»). Мутуализм Симбиоз азотфиксирующих организмов с голосеменными и цветковыми растениями – отношения между высшим растением и бактериями. На корнях многих растений встречаются клубеньки, образованные бактериями или реже грибами. Клубеньковые бактерии фиксируют атмосферный азот и переводят его в доступную для высших растений форму. Коменсализм Наиболее характерные растения, которые можно привести в качестве примеров комменсализма по способу размещения в ценозе и по типу питания: эпифиты, лианы, почвенные и наземные сапрофиты. АНТАГОНИЗМ - отношения, при которых один или оба организма испытывают ущерб. Душители. Душители – корнесобственные растения, но начинают развитие в качестве эпифитов. Различные животные переносят их семена с одного дерева на другое. Птицы – основные переносчики семян душителей. Паразиты и полупаразиты. Паразитизм – отношения между организмами обычно разных видов, при которых один из них (паразит) проводит более или менее длительное время на теле или в теле другого организма (хозяина), получая питание из его тканей. Паразитические растения играют огромную роль в жизни фитоценозов, ослабляя одни растения, вызывая гибель других и тем самым, способствуют лучшему развитию третьих. Хищничество – отношения между организмами разных видов (если организмы относятся к одному виду, то это каннибализм), при которых один из организмов (хищник) питается за счет второго организма (жертвы). Антибиоз – отношения между организмами, обычно относящимися к разным видам, при которых один из организмов причиняет вред другому (например, выделением вредных для другого организма веществ), не извлекая для себя из этих отношений видимого преимущества. Воздействие выделений одних растений на другие. Взаимоотношения между растениями, в которых ведущую роль играют специфически действующие продукты обмена веществ, Молиш (Molisch, 1937) назвал аллелопатией. Вещества, выделяемые надземными и подземными органами живых растений, и органические соединения, получающиеся в процессе разложения мертвых растительных остатков и оказывающие влияние на другие растения, называются колинами. Конкуренция – вслед за Ч. Дарвином в широком смысле – это борьба за существование: борьба за пищу, за место или за какие-либо другие условия. Даже при достаточно высоком сходстве экологических требований, растения одних видов оказываются более сильными, более конкурентомощными при одних определенных значениях факторов среды, другие – при других. Это и служит причиной победы того или другого вида в межвидовой борьбе.

80.положительные и нейтральный межвидовые взаимодействия. Экологическая оценка протокооперации и мутуализма.

Симбиоз (протокооперация и мутуализм) (+,+) Эти отношения взаимовыгодны для обоих партнеров. Подобные ассоциации между разными видами очень распространены в природе и играют крайне важную роль в эволюции разрозненного сообщества живых организмов в целостную надсистему вплоть до единого живого организма. Именно в этих отношениях формируется наибольшее количество синергетических эффектов, перерастающих в конечном итоге в ярко выраженные эмерджентные свойства надсистемы. В симбиозе оба партнера оказываются взаимозависимыми друг от друга. Степень этой взаимозависимости может быть самой разной: от протокооперации, когда каждый из партнеров вполне может существовать самостоятельно при разрушении симбиоза, до мутуализма, когда оба партнера настолько взаимозависимы, что удаление одного из партнеров приводит к неминуемой гибели их обоих. Примером протокооперации могут служить отношения крабов и кишечнополостных, которые прикрепляются к крабам, маскируя и защищая их своими стрекательными клетками. В то же время они используют крабов как транспортные средства и поглощают остатки их пищи. Случаи мутуализма чаще всего встречаются у организмов именно с разными потребностями. Очень часто, например, такие отношения возникают между автотрофами и гетеротрофами. При этом они как бы взаимодополняют друг друга. То есть в мутуализме наиболее полно проявляется принцип дополнительности, как наиболее фундаментальный закон природы. Ущербная в каком-то отношении биосистема стремится найти партнера, способного “закрыть” эту ущербность, но по-своему тоже ущербного, чья ущербность закрывается первым партнером. Это еще не мутуализм, а протокооперация. Совместная эволюция таких партнеров способствует более узкой специализации каждого из них, при этом их изначальная ущербность становится еще более явной. Но это энергетически более выгодно для системы в целом, поэтому такая система приобретает большую жизнеспособность. Однако каждый из компонентов в отдельности становится крайне уязвимым. Например, микроорганизмы, населяющие пищевой тракт жвачных животных, вовсе не являются частью организма коровы. Но только они способны образовывать из клетчатки, съеденной коровой, жирные кислоты, которые корова может ассимилировать. Непосредственно клетчатку коровы переваривать не могут, и поэтому они погибнут от голода, если стерилизовать их пищевой тракт, даже если кругом изобилие трав. Бактерии в свою очередь в пищевом тракте коровы обеспечиваются стабильной средой с постоянной температурой. Очень богаты симбиотическими отношениями экосистемы. Общеизвестны, например, отношения мутуализма между корнями деревьев и грибницей (микроза), без которого не может быть северного леса (этот пример мы рассматривали раньше). Такая мутуалистическая система, как сосна-микроза, способна выжить даже на почвах, разрушенных интенсивным возделыванием сельскохозяйственных монокультур. Особо сложные симбиотические отношения сложились во влажных тропических лесах, что делает практически невозможным их восстановление после сплошных рубок, например, в бассейне Амазонки. Комменсализм и симбиоз. Внимание экологов к пищевым цепям может создать впечатление, что борьба видов за существование - это прежде всего борьба за выживание хищников и жертв. Однако это не так. Пищевые отношения не сводятся к отношениям "хищник - жертва": два вида животных в одном сообществе могут конкурировать из-за пищи, а могут кооперировать свои усилия. Источник пищи для одного вида часто является побочным продуктом деятельности другого. Зависимость животных, питающихся падалью, от хищников - только один из примеров. Менее очевидный случай - зависимость организмов, населяющих небольшие скопления воды в дуплах, от тех животных, которые эти дупла делают. Подобное извлечение одними организмами пользы из деятельности других называют комменсализмом. Если польза обоюдная, говорят о мутуализме или симбиозе. На самом деле отдельные виды в сообществе почти всегда находятся в двусторонних отношениях. Так, плотность популяции жертв зависит от активности хищников; сокращение численности последних может привести к настолько высокой плотности популяции жертв, что они начинают страдать от голода и эпидемий.

81. особенности внутривидовой и межвидовой конкуренции. Условия сосуществования биологически родственных видов.

(межвидовая конкуренция ограничивает спектр ресурсов, потребляемых данным видом. Особи одного вида, используя краевые ресурсы, по-видимому, не могут использовать их так же эффективно, как представители других видов, для которых эти ресурсы почти оптимальны. Область перекрывания между нишами при этом уменьшится, так что по мере специализации ниш они станут уже Размеры популяций одного или обоих конкурирующих видов, вероятно, также будут уменьшаться. Теория оптимального фуражирования дает менее точные предсказания. В тех случаях, когда конкурирующий вид избирательно снижает доступность определенного типа пищи или размеры кормовой территории, следует ожидать возникновения более специализированного кормового спектра. И напротив, когда конкурент одинаково сокращает доступность всех типов пищи и размеры кормовых территорий, предполагается расширение кормового спектра (числа видов-жертв). Пианка в своей гипотезе перекрывания ниш на основании формальных рассуждений постулировал обратную зависимость между интенсивностью конкуренции и степенью перекрывания ниш между парами видов. Когда потребность в ресурсах низка по сравнению с их наличием, потенциальные конкуренты могут выдержать относительно высокую степень перекрывания используемых ресурсов, не доводя конкуренцию до критических уровней. Если же отношение между потребностью в ресурсе и его наличием велико, то устойчивость к перекрыванию ниш должна быть ниже. Таким образом, предполагается большее разделение ниш при возрастании видового разнообразия, при котором предположительно происходит пропорциональное сокращение реализованных ниш взаимодействующих видов в результате межвидовой конкуренции. Внутривидовая конкуренция в тех случаях, к которым применима нормальная функция использования, имеющиеся ресурсы потребляются особями вида не в одинаковой степени. Те особи, которые используют данный ресурс в краевых, но зато менее оспариваемых точках его градиента, часто будут обладать более высокой индивидуальной приспособленностью, чем особи, использующие этот ресурс в зоне его оптимума, где конкуренция особенно велика. Поэтому принцип доминирования равных возможностей предсказывает, что поведение отдельной особи должно вести к стабилизации уровня внутривидовой конкуренции путем уравнивания соотношения между потребностью в ресурсе и его наличием вдоль его градиента.

Рис. 3.1. Изменения ширины ниши в условиях конкуренции. А. – Внутривидовая конкуренция — кривые потребления при низкой и высокой плотности популяции. Б. – Межвидовая конкуренция. Стрелки указывают направление изменений. В период роста популяции впервые особи будут использовать оптимальные ресурсы, но с увеличением ее плотности преимущества этих особей снижаются за счет повышения внутривидовой конкуренции. Это может благоприятствовать отклоняющимся особям, использующим не самые оптимальные, но менее оспариваемые ресурсы, что увеличивает разнообразие ресурсов и местообитаний, освоенных данной

видовой популяцией в целом. Понижение доступности самих ресурсов окажет такое же Внимание экологов к пищевым цепям может создать впечатление, что борьба видов за существование - это прежде всего борьба за выживание хищников и жертв. Однако это не так. Пищевые отношения не сводятся к отношениям "хищник - жертва": два вида животных в одном сообществе могут конкурировать из-за пищи, а могут кооперировать свои усилия. Источник пищи для одного вида часто является побочным продуктом деятельности другого. Зависимость животных, питающихся падалью, от хищников - только один из примеров. Менее очевидный случай - зависимость организмов, населяющих небольшие скопления воды в дуплах, от тех животных, которые эти дупла делают. Подобное извлечение одними организмами пользы из деятельности других называют комменсализмом. Если польза обоюдная, говорят о мутуализме или симбиозе. На самом деле отдельные виды в сообществе почти всегда находятся в двусторонних отношениях. Так, плотность популяции жертв зависит от активности хищников; сокращение численности последних может привести к настолько высокой плотности популяции жертв, что они начинают страдать от голода и эпидемий.

81. особенности внутривидовой и межвидовой конкуренции. Условия сосуществования биологически родственных видов.

(межвидовая конкуренция ограничивает спектр ресурсов, потребляемых данным видом. Особи одного вида, используя краевые ресурсы, по-видимому, не могут использовать их так же эффективно, как представители других видов, для которых эти ресурсы почти оптимальны. Область перекрывания между нишами при этом уменьшится, так что по мере специализации ниш они станут уже Размеры популяций одного или обоих конкурирующих видов, вероятно, также будут уменьшаться. Теория оптимального фуражирования дает менее точные предсказания. В тех случаях, когда конкурирующий вид избирательно снижает доступность определенного типа пищи или размеры кормовой территории, следует ожидать возникновения более специализированного кормового спектра. И напротив, когда конкурент одинаково сокращает доступность всех типов пищи и размеры кормовых территорий, предполагается расширение кормового спектра (числа видов-жертв). Пианка в своей гипотезе перекрывания ниш на основании формальных рассуждений постулировал обратную зависимость между интенсивностью конкуренции и степенью перекрывания ниш между парами видов. Когда потребность в ресурсах низка по сравнению с их наличием, потенциальные конкуренты могут выдержать относительно высокую степень перекрывания используемых ресурсов, не доводя конкуренцию до критических уровней. Если же отношение между потребностью в ресурсе и его наличием велико, то устойчивость к перекрыванию ниш должна быть ниже. Таким образом, предполагается большее разделение ниш при возрастании видового разнообразия, при котором предположительно происходит пропорциональное сокращение реализованных ниш взаимодействующих видов в результате межвидовой конкуренции. Внутривидовая конкуренция в тех случаях, к которым применима нормальная функция использования, имеющиеся ресурсы потребляются особями вида не в одинаковой степени. Те особи, которые используют данный ресурс в краевых, но зато менее оспариваемых точках его градиента, часто будут обладать более высокой индивидуальной приспособленностью, чем особи, использующие этот ресурс в зоне его оптимума, где конкуренция особенно велика. Поэтому принцип доминирования равных возможностей предсказывает, что поведение отдельной особи должно вести к стабилизации уровня внутривидовой конкуренции путем уравнивания соотношения между потребностью в ресурсе и его наличием вдоль его градиента.

Рис. 3.1. Изменения ширины ниши в условиях конкуренции. А. – Внутривидовая конкуренция — кривые потребления при низкой и высокой плотности популяции. Б. – Межвидовая конкуренция. Стрелки указывают направление изменений. В период роста популяции впервые особи будут использовать оптимальные ресурсы, но с увеличением ее плотности преимущества этих особей снижаются за счет повышения внутривидовой конкуренции. Это может благоприятствовать отклоняющимся особям, использующим не самые оптимальные, но менее оспариваемые ресурсы, что увеличивает разнообразие ресурсов и местообитаний, освоенных данной

видовой популяцией в целом. Понижение доступности самих ресурсов окажет такое же предсказуемое воздействие на ширину ниши. Теория оптимального фуражирования, основанная на энергетике и индивидуальной приспособленности, предусматривает расширение кормового спектра и диапазона используемых кормовых территорий при снижении запасов или качества ресурсов. Таким образом, внутривидовая конкуренция способствует расширению ниши в результате увеличения ее внутрифенотипической (поведенческая или физиологическая гибкость), или межфенотипической (различия между особями) компонент. Изменения последней компоненты предсказываются в более прямой форме гипотезой изменчивости ниши. Согласно этой гипотезе, при ослаблении межвидовой, а значит, повышении внутривидовой конкуренции, увеличение разнообразия ресурсов, в отношении которых возможна специализация, может привести к большей фенотипической изменчивости в пределах видовой популяции.

82. современная динамика экосистем. Флуктуации. Сукцессии. Эволюция. Автогенные и аллогенные сукцессии. (4 категории динамики экосистем – относительное равновесие - флуктуации – изменения происходят вокруг средних величин, циклические сукцессии – вызываемые климатическими циклами, сукцессии, вызываемые ненаправленными изменениями экосистем, антропогенное преобразование экосистем. Стремясь поддержать постоянство экосистемы, тем не менее, способны к изменениям, к развитию, к переходу от более простых к более сложным формам. Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта под влиянием природных катастроф или деятельности человека приводят к определенным последовательным изменениям состояния биогеоценозов местности - сукцессиям. Групповой отбор — это естественный отбор в группах организмов, не обязательно связанных тесными взаимодействиями. Предполагают, что он действует на уровне более высоком, чем видовой, и ведет к повышению устойчивости экологических систем. Отношение генетиков к групповому отбору противоречиво. Вместе с тем эволюция вида имеет тенденцию к сохранению признаков, которые повышают устойчивость экосистем Внутривидовая и межвидовая конкуренция приводят к эволюции нишевых различий. В свою очередь, существование таких различий гарантирует, что ресурсы данного сообщества, включая растения и животных, будут использованы более или менее пропорционально их эффективному запасу. Сукцессия экологическая – в одной и той же территории происходит последовательная смена одного биоценоза другим в направлении повышения устойчивости экосистемы. Сукцессии – антропогенные, катастрофические, пирогенные, зоогенные. По общему характеру – первичные – на неизмененном субстрате через серию промежуточных сообществ формируются устойчивые сообщества на скалах, песках, обрывах, остывших вулканах, послеледниковых глинах - и вторичные – на субстрате, измененном деятельностью живых организмов. Деградационные сукцессии – последовательное использование различными видами разлагающейся органики. Эволюционная сукцессия – в процессе эволюции под действием естественного отбора вымирают целые виды, а выжившие особи других размножаются, адаптируются и изменяются Типы сукцессий растительности: автогенные сукцессии — сукцессии, обусловленные внутренними причинами – сингенез — сукцессии, вызванные взаимоотношениями между растениями, эндоэкогенез — сукцессии, вызванные изменением условий местообитания аллогенные сукцессии — сукцессии, вызванные внешними по отношению к фитоценозу причинами, гейтогенез — локальные изменения конкретных фитоценозов, гологенез — изменения фитоценозов в пределах всего ландшафта.

классификация сукцессий. Первичные и вторичные сукцессии, их роль в формировании биоразнообразия и устойчивости экосистем.

( Сукцессии – антропогенные, катастрофические, пирогенные, зоогенные. По общему характеру – первичные – на неизмененном субстрате через серию промежуточных сообществ формируются устойчивые сообщества на скалах, песках, обрывах, остывших вулканах, послеледниковых глинах – их роль постепенное накопление органических остатков и создание почвы первичными колонистами. Вторичные – на субстрате, измененном деятельностью живых организмов, их роль восстановление экосистем. Деградационные сукцессии – последовательное использование различными видами разлагающейся органики. Эволюционная сукцессия – в процессе эволюции под действием естественного отбора вымирают целые виды, а выжившие особи других, адаптируются и изменяются. Борманн и Патен 1979 г через 10 лет с момента начала восстановления растительного покрова разомкнутость круговоротов уменьшается со 100 до 10% и далее снижается еще больше, достигая минимума в климаксе - правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота веществ в ходе сукцессии. Правило сукцессионного мониторинга – чес глубже нарушеность среды какого-нибудь пространства, тем на более ранних фазах оканчивается сукцессия. Сукцессия - это закономерная, последовательная смена сообществ в экосистемах, обусловленная влиянием комплекса внутренних и внешних факторов. Изменения во времени - это естественное свойство экологических сообществ. Влияние комплекса факторов вызывает в экосистемах сукцессию как адаптивную реакцию. Ф. Клементc считал, что сукцессия завершается формированием сообщества, наиболее адаптированного по отношению к комплексу климатических условий, которое он назвал "климакс - формация" или просто "климакс"; в настоящее время эта формация считается временным состоянием: в процессе вековых изменений условий (климата и других факторов среды) возникают полномасштабные изменения экосистем. Выделяются прогрессивные сукцессии, в которых постепенно наращивается видовое разнообразие, но имеется также и дигрессии - регрессивные сукцессии, направленные на объединение и упрощение сообществ. Особенно часто последнее стало проявляться при наличии крупномасштабных адаптированных воздействий на биоценозы, нарушающих оптимум условий. По современным представлениям смены сообществ могут происходить под влиянием климатических факторов, трансформации рельефа, обогащения или обеднения почв, изменения гидрологического режима и т. п. Важнейшее значение же придается биоценотическим факторам: виды растений (а также животных), участвующие в сукцессионных сообществах, изменяют условия обитания для других видов, таким образом "подготовляя почвы" для последующего этапа сукцессии. В целом выделяют сукцессии, связанные исключительно с внешними абиотическими факторами (аллогенные), и сукцессии, вызванные изменением структуры и системы связей в существующих сообществах (автогенные). Но эти два типа сукцессии способны переходить друг в друга в силу глубокой взаимозависимости (В.Н. Сукачев, 1942). Начальный этап сукцессии выражается в процессе первоначального формирования растительного покрова. Он связан с вселением (миграцией) растений на данную территорию, их отбором в процессе приспособления к ее условиям, затем к конкуренции между ними из-за средств жизни. Это в целом приводит к формированию фитоценоза, после чего происходят структурные изменения в экосистеме, которые и приводят к устойчивому сообществу, отвечающему понятию климакс - формации, с возможными дальнейшими уже вековыми изменениями (Шилов И.А., 2000). По Ф. Клементсу, в наиболее общем виде сукцессии проходят через фазы обнажения (появление незаселенного пространства), миграции (заселение его первыми, пионерными формами жизни), эцезиса (колонизация и приспособление к конкретным условиям среды), соревнования (конкуренция с вытеснением ряда первичных поселенцев), реакции (обратное воздействие сообщества на биотоп и условия существования) и стабилизации (формирование климаксового биоценоза). В сукцессионных процессах, по мнению В.Н. Сукачева, важнейшую роль играют конкурентные отношения на внутривидовом и главным образом на межвидовом уровне, которые в конечном итоге и приводят к равновесному состоянию, характеризующему завершающее сообщество. Сукцессия, в энергетическом смысле, связана с фундаментальным сдвигом потока энергии в сторону увеличения количества энергии, направленной на поддержание системы. Стадии роста, стабилизации и климакса сукцессии можно различать на основе критерия продуктивности: на первой стадии продукция растет до максимума, на второй остается постоянной, а на третьей по мере деградации системы уменьшается до нуля. По общему характеру сукцессии подразделяются на первичные и вторичные. Первичные сукцессии начинаются на субстрате, неизмененном (или почти неизмененном) деятельностью живых организмов. Главной функцией такого рода сукцессией является создание (или изменение) почвы первичными колонистами. Однако сукцессия не всегда доходит до восстановления исходного биоценоза, она может остановиться и

на промежуточных стадиях, например пастьба скота на вырубках и пожарищах может "повернуть" сукцессию в сторону формирования суходольного луга. При значительных переувлажнениях может произойти заболачивание вырубки, что препятствует восстановлению древесной растительности. Иногда процесс может остановиться и на стадии березняка и осинника. На уровне экосистем перечень видов, состав и сложность развития трофической сети, наиболее устойчивые формы взаимодействия между видовыми популяциями отражают приспособленность к наиболее определяющим особенностям среды и направлены, прежде всего, на устойчивое поддержание биогенного круговорота в изменяющихся условиях. Нарушения, которые возникают в экосистемах на фоне установившихся средних параметров среды, вызывают функциональные адаптации компенсаторного типа. При этом сохраняется принципиальная структура биоценоза. Это многообразные обратимые изменения пищевых цепей, паразитарных связей, условий среды, обусловленные колебаниями численности (плотности) популяций, выражающихся на уровне видов. При более существенном нарушении состава биоценоза возникают неустойчивые, сменяющие друг друга сообщества - процесс, в идеальном, кстати весьма редком, случае ведущий к восстановлению исходного типа экосистемы. Экологические сукцессии такого рода - одно из наиболее ярких выражений действия функциональных адаптации на уровне биоценозов. Если изменения среды имеют необратимый характер или отмечена устойчивая тенденция к приобретению средой именно такого характера, то происходит направленная смена типов сообществ. В целом регулируется смена уровня стабилизации биоценотической системы.)

83. особо охраняемые природные территории. Заповедники и заказники. Памятники природы. Национальные парки. История и перспективы их развития в России.

( ООПТ: природные государственные биосферные заповедники. На территории РФ 16 биосферных заповедников, которые отличаются от обычных – биосферное ядро – запрещена любая деятельность, кроме фонового мониторинга, охранная зона – не менее площади самого заповедника, смягчает антропогенное воздействие на ядро, станция комплексного фонового мониторинга. Отечественные заповедники— это эталонные участки природы, сохраняющиеся в естественном, неизмененном виде, для сохранения природных экосистем, для изучения природных процессов в не нарушенных человеком условиях, кроме заповедного ядра, составляющего основу резервата, в него входит еще несколько зон, где ограничена, но не запрещена полностью хозяйственная деятельность. Обязательным условием для заповедников является ведение в них научно-исследовательской работы, важнейшим участком которой стала «Летопись природы» — постоянное круглогодичное наблюдение за основными природными объектами. Ведение «Летописи природы» в заповедниках было начато более 40 лет назад по инициативе известного эколога и натуралиста профессора А. Н. Формозова. В простой, но глубокой идее «Летописи природы» были заложены теоретические и практические основы широко внедряющегося теперь в мировую науку биосферного мониторинга — службы контроля за состоянием биосферы. У истоков развития теории заповедания в России стояли В. В. Докучаев, И. К. Пачоский, Г. А. Кожевников, В. И. Талиев, П. П. Семенов-Тян-Шанский, В. Н. Сукачев и другие, были научно определены место заповедников в системе рационального природопользования и их основные задачи, Народнохозяйственные и научно-исследовательские задачи сохранения многообразия организмов, государственный резерват генетического материала, эталон естественного хода природных процессов и объектов научных исследований. Рекреационная функция отделялась от заповедников, в связи с чем предусматривалась организация как заповедников с их специфическими функциями, так и национальных парков, призванных решать вопросы рекреации. Заповедники были определены как научно-исследовательские учреждения. Организации заповедников устанавливалась бессрочно, ибо только при этом условии они могут дать требуемые результаты, а также изъятие заповедников из хозяйственного использования (с целью получения товарной продукции, коммерческой выгоды), в том числе и рекреационного. Более того, отечественное понимание сущности заповедника уже давно предвосхитило разумную идею биосферного заповедника, которая теперь пропагандируется за рубежом (в основном в США) и успешно воспринимается в нашей стране. Российские государственные заповедники — это региональные научно-исследовательские учреждения по охране природы. Заповедники образуются с целью: эталонирования естественного течения процессов в природных экосистемах; сохранения генетического фонда живых организмов, свойственных тому или иному ландшафтному подразделению; ведения научных исследований. Для выполнения этих задач им предоставляются в бессрочное и обособленное пользование земли и воды. Всем известна роль заповедников в восстановлении численности таких ценнейших промысловых животных, как бобр, соболь, лось и многие другие. При необходимости из природного генетического банка могут быть взяты семена или саженцы, а также племенные животные для расселения, одомашнивания и введения в культуру или для скрещивания. В нашей стране, например, выведены две новые высокопродуктивные породы овец путем скрещивания культурных пород с дикими горными баранами. Сеть заповедников страны должна представлять все основные формы ее ландшафтов. Это требование проистекает из основных задач, возложенных на заповедники. Необходимо сохранить возможно большее разнообразие генетически отличающихся форм живых организмов, обладающих разнообразными полезными качествами. Кроме того, важно получить данные об особенностях структуры и функционирования наибольшего числа вариантов экосистем, что позволит разработать ряд пригодных вариантов управления экосистемами разного состава и в разных ситуациях. Вместе с тем, опыт наших заповедников показал, что при строгом соблюдении заповедного режима можно добиться восстановления специфических для региона экосистем и особенностей их функционирования, а также затухания очагов размножения насекомых — вредителей леса и заболевания лесообразующих пород. Например, после прекращения санитарных рубок в Воронежском заповеднике значительно сократилось распространение рака сосны, а в Хопёрском — дубовой листовертки, объедавшей до этого 100% первой листвы. Экосистема, как и всякая другая сложная система, сохраняет устойчивость благодаря взаимосвязанному и взаимообусловленному функционированию составляющих ее подсистем, микросистем. Изъятие из нее хотя бы одного вида ведет к нарушению функционирования и к снижению устойчивости экосистемы в целом. Большое влияние на живую природу оказывает загрязнение окружающей среды выбросами производства, синтетическими, не свойственными природе материалами, что ведет к заметному расстройству экосистем, к утрате ими устойчивости. Все природные экосистемы обладают значительной способностью противостоять неблагоприятным воздействиям, восстанавливать свою функциональную структуру. Однако эти их буферные свойства имеют предел. В качестве примера можно привести гибель многих видов растений и животных, свойственных лесным биоценозам, при вырубке деревьев или гибель живых организмов в водоемах при загрязнении их сточными водами или ядохимикатами и химическими удобрениями. Применение ядохимикатов для борьбы с вредителями лесов может привести к результату обратному тому, который желали получить, т. е. к новым последовательным вспышкам размножения вредителей. Объясняется это тем, что в результате обработки ядохимикатами коренным образом изменяется структура зооценозов на обработанных площадях. При обработке ядохимикат оказывает большее влияние на насекомоядных птиц и насекомых-энтомофагов, т. е. на «полезных» с точки зрения человека животных, чем на вредителей. Перед человечеством встала необходимость научиться сохранять условия собственного существования, т. е. основные параметры среды обитания, приспособительно к которым происходила биологическая эволюция. К ним относятся температурный режим нашей планеты, газовый состав атмосферы, система обращения веществ и энергии в природе, без которой вообще невозможна жизнь. Природный государственный заповедник – заповедное ядро, охранная зона может и не быть. Рекреационный парк – заповедное ядро и рекреационная зона. Заповедник региональный – территория, объявленная заповедной по решению администрации региона. Заказники – существуют временные рамки, в течение которых эта территория не должна подвергаться антропогенному воздействию.

84. классификация природных ресурсов, исчерпаемые и неисчерпаемые, возобновимые и невозобновимые ресурсы. Устойчивые системы природопользования.

(исчерпаемые возобновимые – растения, животные, исчерпаемые невозобновимые богатства недр, неисчерпаемые – космические, климатические, водные, заменимые - все полезные ископаемые и энергоресурсы и незаменимые – атмосферный воздух, вода, генетический фонд животных и растений. Принципы рационального использования природных ресурсов – соответствие характера и способов использования конкретным местным условиям, предотвращение негативных последствий, повышение интенсивности освоения, сохранение научных иэстетических ценностей, соблюдение целесообразной, экономически обоснованной очередности хозяйственного освоения, комплексное использование, устранение потерь на всех этапах природопользования, всемирная экологизация природопользования. Устойчивые системы природопользования - развитие территории по принципам – функционального соответствия - использование земель в зависимости от их внутренних природных свойств и ресурсной ценности, и позиционному – принимая во внимание положение земель относительно других природных и антропогенных объектов и социально-экономическую обстановку. Основной смысл перехода к устойчивому природопользованию – это признание главенства естественных (биосферных) законов над законами социально-экономического развития общества и равновозможностного удовлетворения природными ресурсами различных поколений. В федеральном законе РФ «Об охране окружающей природной среды (от 10 января 2002 года № 7 – ФЗ) утверждается, что природа, окружающая среда, природопользование являются основой устойчивого развития. Согласно «Концепции» необходим «переход к устойчивому развитию, обеспечивающему сбалансированное решение социально-экономических задач и проблем сохранения благоприятной окружающей среды и природно-ресурсного потенциала в целях удовлетворения жизненных потребностей нынешнего и будущих поколений людей». Устойчивое природопользование:

-является одной из триад устойчивого развития (экономика, социум, природа);

-обеспечивает равновозможностное использование природных ресурсов нынешнего и будущих поколений;

-выделяет приоритетность для общества жизнеобеспечивающих функций природных систем по отношению к прямому использованию их ресурсов;

-определяет приоритет экологической безопасности при принятии политических и экономических решений;

-позволяет предотвратить негативные экологические последствия в результате антропогенных процессов;

-усиливает влияние административных методов и экономических стимулов для предотвращения загрязнения и деградации окружающей среды;

-позволяет отказаться от проектов с непредсказуемыми последствиями их воздействия на окружающую природную среду;

-увеличивает открытость информации о состоянии окружающей среды.

Главной задачей устойчивого природопользования является достижение неистощительного использования возобновляемых и воспроизводства минерально-сырьевой базы для невозобновляемых природных ресурсов при рациональном их освоении, а также сохранение и восстановление ландшафтного и биологического разнообразия, способного поддержать саморегуляцию природных систем и возможность компенсации последствий антропогенной нагрузки.

биологические и земельные ресурсы. Мониторинг их экологического состояния и оценка возобновляемости.

(живые организмы – питание, сырье, условия для сх-плодородие почв,формирование местного климата, гидрологический режим почв,регулирование численности вредителей. Земельные – пашня и кормовые угодья. Монторинг биоты – видовой состав, заболеваемость, оценка продуктивности основных звеньев трофической цепи, химическое и радиоактивное загрязнение с/х угодий, растительного покрова, почвенных зооценозов, наземных сообществ, животных, птиц, насекомых, водных растений, планктона, рыб. Монторинг почвенного покрова – химический и радионуклидный состав плодородного слоя почвы, фитотоксичность, микробная биомасса, миграция отдельных форм загрязняющих веществ, оценка возобновляемости

85 концепция продуктивности. Анализ факторов продуктивности. Ресурсы биосферы и проблемы продовольствия.

( солнечная энергия – основной источник энергии, обеспечивающий продукционный процесс растений и животных. Солнечная радиация, проходя через верхнюю границу атмосферы изменяется – часть поглощается, рассеивается и отражается. Растения используют в среднем 1% солнечной радиации. Общая первичная продуктивность биосферы формируется в процессе создания органических веществ путем использования солнечной энергии при фотосинтезе. Общая первичная продуктивность биосферы Земли оценивается в 83 млрд. тонн органического вещества в год. Отношение общей продуктивности биосферы в год к суммарному потреблению энергии населением Земли – коэффициент пищевого использования 0,55. КПИ варьирует в зависимости от почвенно-климатических и социальных условий. Повышение КПИ зависит от достижений генетики, селекции, агротехники, от расширения площадей. с/х производство нарушает экологическое равновесие в природе, в результате получили развитие процессы деградации почвенного и растительного покровов, загрязнения почвы, воздуха, водоемов, опустынивание, сокращение биоразнообразия. Получение необходимого количества продовольствия зависит от сложившихся почвенно-климатических и погодных условий, технологии производства продуктов питания, и принятых в каждой стране систем и распределения. Различные регионы Земли обладают различными возможностями для продукционного процесса.

86. пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни. Экологические пирамиды. Био- и агробиоэнергетика.

(Биоэнергетика - это новая отрасль народного хозяйства, которая связывает решение проблем получения топлива из биомассы и охраны окружающей среды. Это и научная дисциплина с фундаментальным и прикладным направлениями, изучающими и разрабатывающими пути биологической конверсии солнечной энергии в биомассу, а также биологическую и термохимическую трансформации биомассы в топливо и энергию. Внедрение биотопливных технологий в агропромышленных комплексах развивается. Сегодня строятся котельные на лузге подсолнечника, производятся гранулы из этого вида топлива. Разрабатываются проекты совместного осуществления в рамках Киотского протокола. Гранулы В России сегодня действует порядка 5 крупных производителей гранул из лузги подсолнечника. Объемы установленных мощностей этих компаний превышают 300 тыс т гранул в год. На экспорт отгружается около 150 тыс т гранул в год. Вместе с тем потенциал России по данному виду топлива намного больше.)

продукционный процесс и системный анализ лимитирующих факторов биопродуктивности наземных экосистем и агроэкосистем. Пределы биопродуктивности.

Урожай зависит, прежде всего, от интенсивности фотосинтеза, величины рабочей поверхности за учетный период. Повышение урожайности с/х культур путем управления главными факторами продукционного процесса – индекс поверхности листьев, фотосинтетический потенциал агрофитоценоза, интенсивность и чистая продуктивность фотосинтеза, коэффициент эффективности фотосинтеза, коэффициент хозяйственный эффективности. Теория продуктивности включает анализ архитектоники агрофитоценоза как оптической системы, поступления и распределения ФАР, обеспечения водой и элементами минерального питания. Посев культурных растений это динамическая оптико-биологическая система, продуктивность которой зависит от количества поглощаемой ею энергии солнечного света и от коэффициента использования ее на фотосинтез. Комплекс всех агротехнических приемов (сорта, густота, сроки и способы посева, снабжение водой и элементами питания) служат средством создания посевов с наилучшей структурной организацией, обеспечивающей наиболее полное использование энергии солнечной радиации и формирования урожая. При этом обеспеченность посевов водой и элементами питания должна соответствовать количеству приходящей энергии солнечной радиации. Поэтому в каждой конкретной зоне возделывания любой культуры можно найти такое сочетание условий среды (влага, элементы воздушного и минерального питания, световой фактор), которое определяет оптимальное проявление элементов фотосинтетической деятельности и формирование наибольшей продуктивности культурных растений в зависимости от их генотипических особенностей. При формировании урожая учитываются приходы ФАР в сочетании с режимами температуры, влажности, количества углекислоты, почвенного плодородия, физиологически и экологических особенностей растений, выявляются сорта растений способные создавать наиболее совершенные по структуре и результатам фотосинтетической деятельности агрофитоценозы.

87.круговорот основных веществ и функции живого вещества в биосфере. Геохимические и биогеохимические циклы основных химических элементов (углерода, азота, серы).

Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом. Энергетическая - фотосинтез, деструктивная - минерализация, концентрационная – накопление веществ, средообразующая – изменение вещественного состава биосферы, газовые – миграция газов и их превращения. Биосферный биогеохимический круговорот углерода – непрекращающийся процесс миграции, распределениярассеяния и концентрации углерода в системе "верхние слои литосферы – океан – нижняя часть атмосферы", соизмеримый с геологической историей земной коры. Данный круговорот определяется как биологическими, так и геологическими процессами (тектонические поднятия, седиментогенез, вулканическая деятельность и др.), в своей совокупности осуществляющими обмен углерода между сушей, океаном и атмосферой. Круговорот углерода в биосфере состоит из двух разных циклов, наземного и морского, связанных через границу между океаном и атмосферой. Круговорот, идущий в океане, в основном автономен. Диоксид углерода, растворенный в морской воде, усваивается фитопланктоном, а кислород уходит в раствор. Зоопланктон и рыбы потребляют углерод, фиксированный фитопланктоном, а кислород используют при дыхании. В результате разложения органических веществ в воду возвращается СО2, усвоенный фитопланктоном. Ежегодное сжигание примерно 5 млрд. т горючих ископаемых должно увеличить атмосферный запас СО2 на 0,7 %, т.е. к 320 млн.–1 (современное содержание СО2) ежегодно должно прибавляться почти на 2 млн.–4. На деле же за год концентрация СО2 в воздухе быстро уходит из атмосферы или в океан, или в наземную флору. Биосферный круговорот углерода состоит из двух разных циклов – наземного и морского (океанического).

Распределение СО2 между органическим веществом почвы, растительностью, атмосферой и океаном играет важную роль в формировании теплового баланса планеты, который зависит как от природных (фотосинтез растений, дыхание корней, животных и микроорганизмов, обменная диффузия на поверхности океана, метаморфизация органических материалов, поступление СО2 из глубин земной коры), так и от антропогенно-техногенных (обработка земли, выжигание растительности, сгорание топлива) процессов. Деятельность человека приводит к дополнительному накоплению углерода в атмосфере, которое катализирует парниковый эффект, что может привести к планетарному потеплению климата. Азот наиболее распространен на Земле в форме газообразного N2 атмосферы. И хотя азот важнейший компонент белков и нуклеиновых кислот, растения не могут непосредственно брать его из атмосферы. Они способны усваивать лишь связанный с кислородом или водородом азот, т.е. переведенный в другие химические формы - аммиак, ионы аммония, нитрат- и нитрит-ионы. Важнейшая часть цикла - связывание азота: азотфиксирующие бактерии, связывание в атмосферных процессах, промышленная фиксация. Последнее - возрастающая роль. Другой важный процесс цикла азота - восстановление нитрат-ионов до атмосферного азота. Осуществляется почвенными анаэробными бактериями - денитрификаторами. 5[CH2O] + 4NO3- + 4H+ --> 2N2 + 5CO2 + 7H2O Денитрификация - главная причина потерь азота в земледелии (до половины связанного в удобрениях азота уходит в атмосферу. Велика роль антрапогенного фактора в цикле азота. Прежде всего - промышленная фиксация азота (объемы сравнимы с природными). Основной метод фиксации - производство аммиака. Токсичный газ с резким запахом. Взаимодействует с кислотными осадками, образуя плотные туманы: NH3 + SO3 + H2O --> NH4(HSO4) Образование окислов азота при высокотемпературных процессах: N2 + O2 <--> 2NO; 2NO + O2 <--> 2NO2 В реакциях могут принимать участие свободные радикалы, образующиеся, например, в результате реакций в зоне автомобильного выхлопа: H3COO + NO <--> NO2+ H3CO. Оксиды азота обладают общетоксичным и раздражающим действием. Участвуют в образовании кислотных дождей и фотохимического смога (пероксиацилнитраты). Следует отметить среди веществ, обуславливающих антрапогенное воздействие, следует отметить нитриты и нитраты. В пищевой цепи из них образуются N-нитрозосоединения, в частности, нитрозамины. R2N-H + HO-N=O <--> R2N-N=O + H2O Обладают широким спектром токсического действия. Биогеохимический цикл серы имеет весьма своеобразную структуру. В эпоху образования земной коры сера существовала преимущественно в форме сульфидов металлов. Этому способствовали условия - высокая температура и недостаток кислорода в атмосфере. Воздействие появившейся позднее жидкой воды и углекислого газа привело к выделению сероводорода: CaS + CO2 +H2O = CaCO3 + H2S При взаимодействии с кислородом, под влиянием серобактерий сероводород окисляется до свободной серы: 2H2S + O2 = 2H2O + 2S При избытке кислорода образуется серная кислота: 2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4 Последняя при взаимодействии с карбонатами дает сульфаты: CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O Помимо окислительных, в биогеохимическом цикле серы реализуются и восстановительные процессы (взаимодействие при повышенных температурах с органическими веществами): CaSO4 + CH4 ---> CaS + CO2 +2H2O ---> CaCO3 + H2S + H2O Кроме того, при участии растений и животных, сера из сульфатов встраивается в состав белка. Последний после гибели организма разлагается и сера выделяется в виде сероводорода. В естественном круговороте серы окислительные и восстановительные процессы сбалансированы. Действие антрапогенного фактора приводит к превалированию окислительных процессов: при выплавке металлов из сульфидных руд, производстве серной кислоты сульфиды постоянно переводятся в сульфаты. Это нарушает существующее кислотно-основное равновесие в окружающей среде и является одной из причин такого бедствия как кислотные дожди.

88.основные типы биогеохимического круговорота (атмосферный, осадочный). Основные пулы круговорота и их анализ.

В каждом круговороте удобно различать две части, или два «фонда»: 1) резервный фонд — большая масса медленно движущихся веществ, в основном не связанных с организмами, 2) обменный фонд — меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением. Если иметь в виду биосферу в целом, то биогеохимические круговороты можно подразделить на два основных типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре. Разделение биогеохимических циклов на круговороты газообразных веществ и осадочные циклы основано на том, что некоторые круговороты, например те, в которых участвуют углерод, азот и кислород, благодаря наличию крупных атмосферных или океанических (или же и тех и других) фондов довольно быстро компенсируют различные нарушения. Например, избыток СО₂, накопившегося в каком-либо месте в связи с усиленным окислением или горением, обычно быстро рассеивается атмосферными потоками. Кроме того, усиленное образование углекислоты компенсируется ее потреблением растениями и превращением в карбонаты - в морях. Поэтому, циклы газообразных веществ с их громадными атмосферными фондами можно считать в глобальном масштабе хорошо "забуференными", т.к. их способность возвращаться к исходному состоянию велика. Самоконтроль циклов с резервным фондом в литосфере затруднен - они легко нарушаются в результате местных флуктуаций, что связано с малой подвижностью резервного фонда. Явление "забуференности" в этом случае не выражено. Циклы функционируют под действием биологических и геологических факторов. Существование биогеохимических циклов создает возможность для саморегуляции системы, что придает ей устойчивость - постоянный количественный состав по различным химическим элементам в ней. В связи с хозяйственной деятельностью человечества и вовлечением в окружающую среду техногенных продуктов этой деятельности, возникают проблемы, обусловленные нарушением природных биогеохимических циклов. Эти нарушения связаны как с изменением баланса в циклах, так появлением новых химических соединений, ранее отсутствующих в естественных процессах. Так, циклы некоторых элементов (например, азота, серы, фосфора, калия, тяжелых металлов) превратились в настоящее время в природно-антрапогенные, характеризующиеся значительной незамкнутостью, что приводит к накоплению их и, соответственно к изменению их воздействия на экосистемы. Пулы - педосфера является одним из основных резервуаров диоксида углерода в биосфере. Почвы участвуют в балансе СО2, СН4, связывая их в различных формах или, наоборот, способствуя их высвобождению в атмосферу, т.е. почвенный покров играет большую роль в газово-атмосферном режиме планеты. Пулы - Основным резервуаром углерода, азота, в биосфере является атмосфера, серы – литосфера, кислорода.

глобальные, региональные и локальные нарушения природных биогеохимических циклов (на примере углерода, азота, серы и калия).

Глобальный характер хоз. деятельности человека приводит к качественным изменениям в естественной биогеохимич. цикличности природных процессов биосферы. По ряду параметров масштабы антропогенных воздействий сопоставимы с кол-вом веществ, вовлечённых в нормальные Б. ц. Техногенные продукты, поступающие в биосферу, перегружают нормальное её функционирование и выпадают частично или полностью из системы устойчивых Б. ц. Возникает новый тип техногенных геохимич. аномалий, наз. «неоаномалиями» или «антропоаномалиями». Они формируются на нормальном биогеохимич. фоне в чрезвычайно короткие сроки и охватывают не только живое вещество, но и биокосные тела биосферы (атмосферу, почвы, природные воды), проникают в глубокие горизонты земной коры. Происходит нарушение отлаженных во времени природных Б. ц. биосферы. Для ряда элементов и соединений Б. ц. становятся природно-антропогенными (циклы тяжёлых металлов, азота, серы, фосфора, калия и др.). Нек-рые создаваемые человеком материалы (пластмассы, детергенты и др. продукты хим. синтеза — г. н. ксенобиотики) не включаются в природные и природно-антропогенные циклы и не перерабатываются в биосфере. Меры борьбы с нарушением Б. ц. связаны с природоохранной деятельностью, созданием малоотходных технологий, широкой реутилизацией продуктов пром. и с-х произ-ва, с поисками путей оптимизации осн. характеристик Б. ц. и возможностью разумного управления ими. Углерода - общее уменьшение площади, занятой растительностью, в результате строительства и в особенности сведения лесов уменьшает потребление углекислого газа растениями. Итогом нарушения круговорота углерода может быть парниковый эффект. В настоящее время биологическая азотфиксация уменьшилась вследствие разрушения естественных экосистем и сравнялась с промышленной фиксацией азота. Происходит повсеместное уменьшение содержания органических соединений азота в почве (разрушение гумуса), что ведёт к снижению плодородия почв. Увеличение производства азотных удобрений для компенсации уменьшения биологического азота ведёт к загрязнению среды и расходованию большого количества энергии. Экология ставит задачей восстановление естественного цикла азота за счёт уменьшения производства азотных удобрений и расширения посевов бобовых, которые симбиотически связаны с бактериями - азотфиксаторами. Действие антрапогенного фактора приводит к превалированию окислительных процессов: при выплавке металлов из сульфидных руд, производстве серной кислоты сульфиды постоянно переводятся в сульфаты. Это нарушает существующее кислотно-основное равновесие в окружающей среде и является одной из причин такого бедствия как кислотные дожди.

89.проблема озоновых дыр: современное состояние, причины, прогноз, средства предотвращения. Проблема озона в атмосфере имеет два связанных с человеческой деятельностью аспекта: разрушение в верхних слоях (“озоновый экран”) и увеличение концентрации в околоземном пространстве. Озон в верхних слоях атмосферы (“Озоновый экран”). Озоновый экран располагается у полюсов на высотах 9-30 км, у экватора – на 18-32 км. Концентрация озона в нем равна 0,01-0,06 мг/м3. Если содержащийся в границах экрана озон выделить в чистом виде, то слой его составит 3 – 5 мм. Содержание озона выражается в сантиметрах (0,3 – 0,5) или в единицах Допсона (миллиметры, увеличенные в 100 раз – 300-500 ед.). Озон в верхних слоях атмосферы образуется в результате распада молекулы кислорода (О2) под влиянием ультрафиолетовых лучей на два атома кислорода. Одновременно идет противоположный процесс распада молекул озона и образования кислорода. Условием для протекания реакций является наличие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Таковы основные механизмы существования озонового экрана и поглощения ультрафиолетовых лучей. Озон поглощает лучи с длиной волны 200-320 нм. Часть из них, как и более длинные, доходят до Земли. При этом лучи длиной 200-400 нм выделяют в категорию биологически активных ультрафиолетовых (БАУ). “Озоновые дыры” представляют собой протяженные области пониженного (до 50 %) содержания озона в озоновом слое атмосферы, поглощающем ультрафиолетовое излучение, гибельное для живых организмов, формирующиеся в результате антропогенного химического загрязнения атмосферы хлор- и фторуглеводородами. В последние годы наблюдается тенденция уменьшения содержания озона в верхних слоях атмосферы. В средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило около 3% (по другим сведениям 2–10%). Есть данные, что уменьшение содержания озона на 1% ведет к увеличению заболеваемости раком кожи на 5-7%. Для европейской части России это составляет около 6-6,5 тыс. человек в год. Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой. Здесь содержание его в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40-50%. Пространство, в пределах которого регистрируется уменьшение концентрации озона, получило название “озоновой дыры”. Размер “дыры” с пониженной концентрацией озона возрастает примерно на 4% в год. В настоящее время она вышла за пределы континента и по размерам превышает площадь США. Несколько меньших размеров “дыра” характерна для Арктики. Учащается также появление “блуждающих дыр” площадью от 10 до 100 тыс. км2 в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня. Причины возникновения “озоновых дыр” до конца не ясны. Впервые они обнаружены в начале 80-х гг. настоящего столетия, и короткий период наблюдений не дает достаточных оснований для каких-либо категоричных выводов о причинах изменений концентрации озона. Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в настоящее время считают фреоны (хладоны). Эти хлорфторуглероды, кипящие при комнатной температуре, широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода баллончиках, холодильных установках и т. п. Для широкого использования в качестве пропиллентов фреоны избраны как весьма стойкие (инертные) газы. Однако чисто технический подход к их оценке только по одному свойству привел к непредвиденному отрицательному эффекту. Оказалось, что именно благодаря высокой устойчивости (живут более 100 лет) фреоны оказались способными достигать озонового слоя, в агрессивной среде которого из них высвобождается хлор. Каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тысяч атомов озона. Принимаются меры к уменьшению, а в дальнейшем и к прекращению производства фреонов. Так, Монреальским протоколом, подписанным в 80-х гг., к 2000 г. многие государства взяли обязательство сократить производство фреонов на 50%, заменив другими пропиллентами. Однако вследствие высокой стойкости фреоны могут очень долго сохраняться в атмосфере, даже в тех случаях, когда их производство будет прекращено. В ряде стран (США, Великобритания, Франция) фреоны (ХФУ) заменяются на гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ), срок жизни которых значительно короче (2 – 25 лет), а потенциал разложения в озоне в десятки раз ниже, чем ХФУ. Ведутся также поиски других путей повышения устойчивости озонового слоя. Так, подача этана и пропана в озоновый слой способствует переводу атомарного хлора как катализатора в пассивный хлористый водород. Образованию и накоплению озона способствуют также электромагнитное излучение, лазерные лучи, электрические разряды. Они стимулируют фотодиссоциацию кислорода и способствуют образованию и накоплению озона. Наиболее интенсивно озоновый слой разрушается весной. Это связывают с тем, что низкие температуры и повышенная облачность зимой способствуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон наиболее интенсивно весной, когда температура несколько повышается. Более интенсивное разрушение озона в приполярных областях связывают с тем, что ответственный за разрушение озона хлор здесь в меньшей мере блокируется метанной группой, чем в более низких широтах. В последнее время ученые все чаще стали высказываться о том, что нет веских доказательств для утверждений, что появление “озоновых дыр” – результат деятельности человека (Вестник РАН, 1996 Т. 61. № 9). Ученые считают, что аналогичные явления имели место ранее и обусловливались исключительно природными процессами, в частности 11-летними циклами солнечной активности. Что касается фреонов, то пузырьки воздуха из кернов льда подтверждают наличие его в атмосфере и в доиндустриальную эпоху. Из других причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Высказывается также предположение, что над Антарктикой существуют своеобразные восходящие вихри, способствующие рассеиванию озона. Зарегистрировано также разрушение озона при выводе в космос летательных аппаратов (только один запуск “Шаттла” ответственен за потерю 10 млн.т озона), при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Существует также гипотеза срыва озонового слоя кометой Галлея. Полагают, что с ее уходом концентрация озона обычно восстанавливается. Озон в нижних слоях атмосферы. Здесь озон выступает как сильный антиоксидант и бактерицид. Он способен уничтожать неприятные запахи и разрушать некоторые канцерогенные вещества. Вместе с тем при повышенных концентрациях озон проявляет себя как сильный яд. У людей он затрудняет дыхание и раздражает глаза, у растений повреждает ассимиляционный аппарат, разрушает хлорофилл. Согласно имеющимся оценкам, концентрация озона в приземном слое воздуха с начала индустриальной эпохи возросла в 2 раза и ежегодно повышается на 1,0-1,6%. Основной причиной этого являются фотохимические смоги.

49. проблема глобального потепления: результаты наблюдений, факторы, современное состояние, причины, прогноз, средства предотвращения.

Причины таких изменений климата остаются неизвестными, однако среди основных внешних воздействий изменения орбиты Земли (циклы Миланковича), солнечной активности (в том числе и изменения солнечной постоянной), вулканические выбросы и парниковый эффект. По данным прямых климатических наблюдений (изменение температур в течение последних двухсот лет) средние температуры на Земле повысились, однако причины такого повышения остаются предметом дискуссий, но одной из наиболее широко обсуждаемых является антропогенный парниковый эффект. Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896. Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты. На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар (ответственен за примерно 36-70 % парникового эффекта, без учёта облаков), углекислый газ (CO2) (9-26 %), метан (CH4) (4-9 %) и озон (3-7 %). Атмосферные концентрации CO2 и CH4 увеличились на 31 % и 149 % соответственно по сравнению с началом промышленной революции в середине XVIII века. Такие уровни концентрации достигнуты впервые за последние 650 тысяч лет — период, в отношении которого достоверные данные были получены из образцов полярного льда. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, остались в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля. Бо́льшая часть остальных выбросов вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов. В пользу данной теории свидетельствуют и те факты, что наблюдаемое потепление более значимо: 1. зимой, чем летом; 2. ночью, чем днём; 3. в высоких широтах, чем в средних и низких. А также является фактом то, что быстрое нагревание слоёв тропосферы происходит на фоне не очень быстрого охлаждения слоёв стратосферы. Результаты последних исследований подкрепляют теорию о том, что причиной глобального потепления является человеческая деятельность. Исследование с участием ученых из Шотландии, Канады и Австралии показало, что вероятность естественных, а не антропогенных причин изменения климата на планете составляет не более 5 %. Согласно тому же исследованию, с 1980 года средняя температура воздуха на планете поднялась на 0.5 градуса по Цельсию, и Земля продолжает нагреваться примерно на 0.16 градуса за десятилетие. если рост выбросов углекислого газа в атмосферу продолжится, это приведет к сокращению количества осадков на юге Европы, в Северной Америке, некоторых частях Африки и Австралии. Все эти регионы и так уже страдают от засушливого климата. По словам исследователей, сейчас процесс глобального потепления отчасти замедляют океаны, поглощающие тепло. Однако это тепло все равно, в конце концов, вернется в атмосферу в результате испарения воды.

90.проблема глобального потепления: результаты наблюдений, факторы, современное состояние, причины, прогноз, средства предотвращения.

Причины таких изменений климата остаются неизвестными, однако среди основных внешних воздействий изменения орбиты Земли (циклы Миланковича), солнечной активности (в том числе и изменения солнечной постоянной), вулканические выбросы и парниковый эффект. По данным прямых климатических наблюдений (изменение температур в течение последних двухсот лет) средние температуры на Земле повысились, однако причины такого повышения остаются предметом дискуссий, но одной из наиболее широко обсуждаемых является антропогенный парниковый эффект. Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896. Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты. На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар (ответственен за примерно 36-70 % парникового эффекта, без учёта облаков), углекислый газ (CO2) (9-26 %), метан (CH4) (4-9 %) и озон (3-7 %). Атмосферные концентрации CO2 и CH4 увеличились на 31 % и 149 % соответственно по сравнению с началом промышленной революции в середине XVIII века. Такие уровни концентрации достигнуты впервые за последние 650 тысяч лет — период, в отношении которого достоверные данные были получены из образцов полярного льда. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, остались в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля. Бо́льшая часть остальных выбросов вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов. В пользу данной теории свидетельствуют и те факты, что наблюдаемое потепление более значимо: 1. зимой, чем летом; 2. ночью, чем днём; 3. в высоких широтах, чем в средних и низких. А также является фактом то, что быстрое нагревание слоёв тропосферы происходит на фоне не очень быстрого охлаждения слоёв стратосферы. Результаты последних исследований подкрепляют теорию о том, что причиной глобального потепления является человеческая деятельность. Исследование с участием ученых из Шотландии, Канады и Австралии показало, что вероятность естественных, а не антропогенных причин изменения климата на планете составляет не более 5 %. Согласно тому же исследованию, с 1980 года средняя температура воздуха на планете поднялась на 0.5 градуса по Цельсию, и Земля продолжает нагреваться примерно на 0.16 градуса за десятилетие. если рост выбросов углекислого газа в атмосферу продолжится, это приведет к сокращению количества осадков на юге Европы, в Северной Америке, некоторых частях Африки и Австралии. Все эти регионы и так уже страдают от засушливого климата. По словам исследователей, сейчас процесс глобального потепления отчасти замедляют океаны, поглощающие тепло. Однако это тепло все равно, в конце концов, вернется в атмосферу в результате испарения воды.