ecology (1086375), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Общая задача: найти Y как функцию от X и Z. y=f(x,z)

Принцип обратной связи заключается в следующем: некоторый управляющий компонент системы получает информацию с выхода управляемой системы и использует эту информацию для коррекции процесса управления.

Обратная связь бывает отрицательной, в этом случае она стабилизирует систему, возвращая в состояние равновесия, и положительной, в этом случае она раскачивает систему, выводя из состояния равновесия. Простой пример – термостат.

Рассмотрим экологическую систему, состоящую из популяции хищника и популяция жертвы.

Допустим, численность популяции жертвы возросла. В итоге для хищника становится больше пищи и численность его популяции с некоторым запаздыванием также начинает расти.

Рост числа хищников приводит к тому, что жертв поедается все больше и больше.

Численность популяции жертвы падает, а затем опять с некоторым запаздыванием падает и численность популяции хищника и отрицательная обратная связь возвращают систему в исходное стабильное состояние.

При некоторых условиях, обратная связь, т.е. передача информации, может нарушаться.

Например, если возникнет эпидемия или в системе появится новый хищник. На языке кибернетики говорят, что в каналах обратной связи появились помехи.

Роль помех могут играть и абиотические факторы. Воздействие естественных помех на популяцию носит случайный статистический характер. Особи, для которых помехи оказались непреодолимы погибнут, а более стойкие выживут.

Таким образом, естественные помехи являются положительным фактором, фактором естественного отбора.

Кибернетический подход позволяет объяснить причины биологического равновесия экосистем и определить условия, при которых это равновесие соблюдается.

Каждая система обладает определённым запасом информации, под которым понимается мера организованности экосистем.

Каждая система при обмене веществом и энергией с окружающей средой, получает из нее информацию, причем эта информация стремится вывести эту систему из равновесия. Накопленная же система информации способна компенсировать нарушение структуры и возвратить систему в стабильное состояние

Таким образом, экологические системы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее.

Но чем сложнее система, чем больше в ней перекрещивающихся трофических и энергетических цепей и больше запас информации, таким образом стабильность сообщества определяется числом связей между видами в трофической пирамиде.

Человек постоянно вмешивается в процессы, происходящие в экосистемах, влияя как на отдельные звенья, так и на всю экосистему в целом.

Чаще всего, это не приводит к гибели всей экосистемы, но отдельные звенья могут разрушаться, а система – упрощаться, при этом запас ее стабильности падает.

Гомеостатическое плато – это область пространства экологических параметров, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны, не смотря на стрессовое воздействие, сохранить устойчивость системы хотя бы и в изменённом виде.

Человек вносит в механизм обратной связи направленные помехи. В отличие от естественных помех, антропогенные не служат естественному отбору, т.к. организмы чаще всего не успевают к ним приспособиться.

Промышленная экология. Научно-технический прогресс и экологические проблемы.

Ещё в начале века Вернадский отметил, что деятельность человека стала сравнима с геологическими преобразованиями. В настоящее время человек использует более 60% суши и более 15% речных вод. Ежегодно человек добывает около 100 миллиардов тонн руды. В своей деятельности человек использует более 500 тысяч различных химических соединений. Из них более 40 тысяч вредны для человека, более 15 тысяч просто токсичны.

Схема потребления ресурсов городом с населением 1 миллион человек.

Воздействие человека на биосферу сводится к четырём главным формам:

1. Изменение структуры земной поверхности (строительство водохранилищ, осушение болот и т.д.).

2. Изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих её веществ (изъятие полезных ископаемых, выброс различных загрязнений и т.д.).

3. Изменение энергетического, в частности, теплового баланса отдельных регионов земного шара и биосферы в целом.(парниковый эффект, нарушение озонового экрана)

4. Изменения, вносимые в совокупность живых организмов (создание генетически измененных растений).

Классификация загрязнений окружающей среды.

Загрязнением в узком смысле слова называется внесение в какую-либо среду, не характерное для неё химических, физических или биологических компонентов.

Непосредственными объектами загрязнений служат компоненты экотопа, косвенными - составляющие биоценоза.

Первую классификацию загрязнений предложил американский учёный Парсон. Она включала в себя тип загрязнения, его источники, последствия и меры контроля. Парсон выделил следующие типы загрязнений:

1. Сточные воды.

2. Минералы, неорганические кислоты и соли.

3. Органические кислоты и соли.

4. Твёрдый сток.

5. Вещества, имеющие питательную ценность для растений.

6. Радиоактивные вещества

7. Носители инфекции

В настоящее время все загрязнения делят на естественные и антропогенные.

К антропогенным относятся:

1. Механические (загрязнение среды компонентами, оказывающие лишь механическое воздействие без физико-химических последствий).

2. Химические (изменение естественных химических свойств среды).

3. Физическое (шумовое, световое, тепловое, электромагнитное, радиоактивное).

4. Биологическое (загрязнение путём внесения в среду биологического организма).

Загрязнением в широком смысле слова называется внесение в ту или иную экологическую систему несвойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, потоки энергии и информации, вследствие чего данная экосистема разрушается, или снижается её продуктивность.

С экологических позиций, загрязнение - это комплекс помех в экосистеме, воздействующих на потоки информации в трофических цепях.

С точки зрения теории помех, загрязнение можно классифицировать следующим образом:

1. Ингредиентное загрязнение – это совокупность веществ, качественно или количественно чуждых естественному биоценозу.

2. Параметрическое загрязнение – это изменение качественных параметров окружающей среды. (По смыслу близко к физическому загрязнению из предыдущей классификации.)

3. Биоценотическое загрязнение – это воздействие на состав и структуру популяции живых организмов.

4. Стациально-деструкционное (стация- место обитания) – это изменение ландшафта и экосистем в процессе природопользования.

Н-р, охота с помощью ружья подходит сразу по 3м первым типам загрязнений.

Загрязнение атмосферы. Структура и состав атмосферы.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли, состоящая из нескольких концентрических слоёв сфер, между которыми находятся переходные слои – паузы.

Наиболее плотная – нижняя часть атмосферы называется тропосферой. Она содержит более 80% всего воздуха. Протяжённость тропосферы меняется от 7-10 километров над полюсами и 16-18 километров над экватором. Температура в тропосфере уменьшается на 0,6°С при подъеме на каждые 100м.

За тропосферой следует стратосфера, а между ними – тропопауза. Протяжённость стратосферы около 50 километров. До высоты 30 километров температура постоянна, примерно –50^оС, а затем начинает расти и на верхней границе достигает +10^оС, что связано с наличием озонового слоя.

За стратосферой следует стратопауза, а далее – мезосфера. Температура в мезосфере существенно меньше в связи с почти полным отсутствием озона. На высоте 80 километров температура составляет -70^оС.

За мезосферой следует мезопауза, а потом – термосфера или ионосфера. Для неё характерно повышение температуры с высотой. На высоте 150 км-+200°С, 600 км - +1500^оС, однако тела в ионосфере не нагреваются из-за ее большой разреженности.

После ионосферы следует ионопауза, затем – экзосфера. Её высота – более 800 километров от Земли.

До высоты 100 километров состав атмосферы практически не меняется. Выше – практически все газы переходят в атомарное состояние. Выше 600 начинает преобладает гелий, а выше 2000 километров – водород.

Классификация промышленных выбросов в атмосферу.

Промышленные выбросы можно классифицировать:

1. По организации отхода и контроля выбросы бывают:

   1. Организованные (выброс через специально созданные газоходы, воздуховоды и шахты).

   2. Неорганизованные.

2. По температуре.

   1. Нагретые (горячие) выбросы (когда температура выбросов больше температуры окружающей среды).

   2. Холодные выбросы (когда температура выбросов равна температуре окружающей среды).

3. По признаку очистки.

   1. Выбросы без очистки (организованные или неорганизованные).

   2. Выбросы после очистки (организованные).

Очистка – это отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющих веществ.

1. По характеру превращений в атмосфере:

   1. Первичные (поступают непосредственно от источника выброса).

   2. Вторичные (продукты преобразования первичных в атмосфере).

Классификация источников загрязнений воздушной среды.

1. По назначению.

   1. Технологические.

   2. Вентиляционные.

2. По месту расположения.

   1. Незатенённые (высокие), находятся в зоне недеформированного воздушного потока с h больше чем 2,5 высоты окружающих зданий.

   2. Затенённые расположены на высоте от 2 метров до 2,5 высоты окружающих зданий.

   3. Наземные расположены на высоте от 0 до 2 метров от поверхности земли.

3. По геометрической форме.

   1. Точечные (трубы, шахты).

   2. Линейные (большие открытые окна, аэрационные фонари).

4. По режиму работы.

   1. Непрерывные

   2. Периодические

   3. Залповые ( при авариях, или сжигании быстрогорючих отходов)

   4. Мгновенные( при взрывах)

5. По дальности распространения.

   1. Внутриплощадные (когда повышенная концентрация загрязняющих веществ, выбросы создаются только на промышленных площадках, но не в населённых пунктах).

   2. Внеплощадные (когда повышенная концентрация загрязняющих веществ создаётся и в населённых пунктах).

Химические превращения веществ в атмосфере.

Практически все химические вещества, попадающие в атмосферу претерпевают превращения под воздействием солнечного излучения. Так, молекула А, столкнувшись с квантом света переходит в электронно-возбуждённое состояние, характеризующееся избытком энергии:

А+hνA*.

В дальнейшем возможны следующие превращения:

1. Дезактивация за счёт излучения(флюоресценция): А*A+hν’.

2. Дезактивация при соударении: A*+DD*+A.

3. Диссоциация(распад): A*C+B.

Чаще всего, вещества В и С чрезвычайно химически активны, и приводят к цепи химических реакций, в результате которых образуются вредные химические соединения, например фотохимический смог.

Основными продуктами фотохимических реакций являются альдегиды, кетоны, угарный газ, углекислый газ, органические нитраты и оксиданты, в которые входят озон, диоксид азота и т.н. вещества ПАН- слезоточивые вещества.

Последствия загрязнения атмосферы.

Запылённость.

Запылённость атмосферы оказывает влияние на отражающую способность Земли. Существует стандарт на суммарную запылённость атмосферы: 1500 кг/га. В промышленных районах запылённость достигает 60000 кг/га. Частицы пыли сокращают доступ ультрафиолетовой радиации и образуют ядра конденсации паров воды. Всё это увеличивает отражающую способность атмосферы и приводит к похолоданию климата. Пыль, попавшая на поверхность ледников, поглощает энергию и способствует их таянию. С другой стороны, промышленная пыль содержит токсичные вещества. Мелкодисперсная пыль свободно проникает в лёгкие и приводит к фиброзным изменениям. Токсичные вещества, содержащиеся в пыли, проникают через слизистую в организм и отравляют его. Особенно опасна асбестовая пыль. Она вызывает микротравмы на клеточном уровне, что приводит к раковым заболеваниям.

Загрязнение оксидами углерода.

Основную роль в прозрачности воздуха играет углекислый газ. Он свободно пропускает ультрафиолетовое излучение, но является экраном для инфракрасного излучения. Это приводит к повышению температуры приземного слоя атмосферы. Оксид углерода СО или угарный газ не оказывает влияния на физическое состояние атмосферы, но при этом влияет на организмы животных (разрушает гемоглобин, расстраивает нервную и сердечно-сосудистую системы).

Загрязнение оксидом серы.

Наиболее загрязнено соединениями серы северное полушарие. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается SO₂, который потом окисляется до SO₃. Соединяясь с водой, оксиды серы образуют серную и сернистую кислоты, которые, взаимодействуя с пылевыми частицами, образуют сульфаты и сульфиды. Накопление кислот и сульфатов в атмосфере приводит к выпадению кислотных осадков. В настоящее время, плотность дождевой воды над промышленными районами превышает норму в 10-1000 раз. Изменение рН атмосферных вод наиболее сильно сказывается на действии ферментов и гормонов живых организмов. Крупные виды в меньшей степени страдают от изменения рН, т.к. их защищает кожа. Наиболее сильно на кислотность воды реагирует молодь. В подкисленных водных экосистемах все организмы быстро вымирают или из-за прямого воздействия ионов водорода или из-за невозможности разложения или из-за отравления вредными веществами, образующимися из-за действия кислот на почву.

Характеристики

Список файлов лекций