Экология
региональное природопользование

Поля

Естественные и техногенные факторы определяющие жизнедеятельность

Одним из основных факторов, постоянно действующих на человека и другие живые организмы, являются физические поля околоземного пространства (электромагнитные излучения, статические электрические и магнитные поля, ионизирующая радиация, акустические излучения, вибрация и др.). Все составляющие естественного фона взаимосвязаны и взаимозависимы, поскольку имеют общий источник.

Этим источником является Солнце, играющее определяющую роль в поддержании жизни на Земле. Энергия Солнца возникает вследствие термоядерной реакции, протекающей в его ядре. Возможность протекания такой реакции обеспечивается чрезвычайно высокими давлением и температурой, возникающими вследствие собственной гравитации изза гигантской массы Солнца, что составляет 99,87 % всей массы Солнечной системы.

Энергия, выделяющаяся при термоядерном синтезе легких ядер водорода в ядра гелия, идет на поддержание температуры в ядре Солнца и на коротковолновое электромагнитное излучение.

Квант энергии излучения можно рассматривать как частицу с нулевой массой покоя и скоростью распространения, равной скорости света. При массе атома 1024 г он теряет при излучении светового кванта ничтожную долю своей массы. Полная масса, теряемая Солнцем в виде излучения за миллион лет, равна примерно 1,4 • 1025 г, что составляет 105 % современной массы Солнца, то есть солнечное излучение будет еще долго являться источником энергии жизни.

Получаемая Землей энергия Солнца является фактором стационарности естественного теплового баланса нашей планеты. Однако если солнечные вспышки не оказывают ощутимого влияния на энергетический баланс Земли, то они могут существенно влиять на многие биохимические и биофизические процессы. Солнечноземные связи настолько переплетены, что невозможно разграничить условия существования и развития биосферы без влияния солнечного излучения. В частности, Солнце является не только источником электромагнитного излучения (ЭМИ), но и других видов энергий, таких, как энергия органического топлива (уголь, нефть, торф, природный газ), механическая энергия ветра, морского прибоя и др.; причем 95 % солнечного излучения приходится на спектральный диапазон 0,28—2,5 мкм, то есть на УФвидимый и ИК-диапазоны.

В общем случае все виды ЭМИ имеют либо природный, либо техногенный характер. В зависимости от биологических эффектов необходимо подробнее рассматривать конкретный вид ЭМИ.

Среди природных источников ЭМИ отметим: поле Земли, электромагнитные волны, генерируемые космическими источниками, и биообъекты, причем вся совокупность процессов зависит от солнечной активности.

Под солнечной активностью понимают явления, протекающие на видимой поверхности Солнца (фотосферы) до уровня в несколько тысяч километров (хромосферы). Далее распространяется корона, которая неустойчива, постоянно расширяется, простираясь в виде так называемого солнечного ветра далеко за пределы земной орбиты.

Собственное магнитное поле Земли служит препятствием для солнечного ветра, а результатом взаимного действия является возникновение магнитосферы. Собственное геомагнитное поле (ГМП) Земли создает для себя «экологическую нищу» свойства которой определяют все последующие условия Жизнедеятельности на Земле.

Земная магнитосфера (с магнитосферным шлейфом и плазмосферой) под воздействием солнечного ветра становится источником ЭМИ низкой и инфранизкой частот.

Колебания ИНЧ возникают при малейших микропульсациях, коррелирующих с солнечной активностью. В целом возникающая переменная ГМП создается наведенными электрическими токами в магнитосфере и ионосфере в диапазоне частот 105—103 Гц. Сопутствующая естественная напряженность электрического поля Земли колеблется в пределах 101—104 В/м в зависимости от атмосферных условий.

Регистрируемое ГМП Земли слагается из двух частей различной природы: очень медленно меняющейся (почти постоянной в нашем понимании) во времени, источники которой располагаются внутри Земли, и переменной, генерируемой электрическими токами ионосферы и магнитосферы. Напряженность переменной части ГМП составляет не более 2 % от части ГМП внутреннего происхождения.

Наибольшие временные изменения ГМП соответствуют магнитной буре. Существующие каталоги магнитных бурь несовер­шенны, поскольку имеется очень много субъективных факторов, которые в конкретных условиях учесть невозможно, и в результате картина электромагнитной обстановки сильно искажается.

Из всех типов вариаций наибольшие временные изменения ГМП достигаются бухтообразными, иррегулярными и короткопериодными вариациями. Периоды этих вариаций заключены в интервале от 0,2 с до Зч (частотный диапазон от 5 до 2,8 • 104 Гц). Именно эти вариации всегда связаны с протеканием магнитной бури.

Однако изменения ГМП в диапазоне от 0,2 с до 3 ч происходят и при относительно спокойных геомагнитных условиях, поэтому более корректно изучать связь биологических процессов не с магнитными бурями, а с отдельными частотными диапазонами ГМП. Выбор диапазонов частот необходимо проводить на основании биоритмики.

Незначительные флуктуации электромагнитного излучения Солнца вызывают значительные вариации процессов магнитосферы Земли под воздействием солнечного ветра, а следовательно, и изменение состояния биосферы.

С другой стороны, необратимые процессы в биосфере происходят тысячи лет, и живые организмы приспосабливаются к внешним условиям. Иной временной характер имеют антропогенные (техногенные) изменения окружающей среды, которые приводят к Резкому изменению средних значений абиотических факторов, исходящих за пределы устойчивости существования и развития Живого организма. В частности, на различных этапах эволюции изни на Земле происходило увеличение числа видов растений и животных, усложнение их строения, приспособление к новым Редам обитания, например к условиям жизни на суше. Движущей силой эволюции является, согласно учению Ч. Дарвина, борьба за существование и ее следствие естественный отбор на основе на следственности и изменчивости.

Любой живой организм приспосабливается к условиям окружающей среды. Изменение экологических параметров среды, и особенно приближение к лимитирующим границам, подавляет жизнедеятельность организмов и может вызвать их гибель. Требования организма к факторам среды обусловливают границы его распространения и место, занимаемое им в экосистеме.

Совокупность параметров среды, определяющих условия жизнедеятельности того или иного организма и его функциональные характеристики (преобразование им энергии, обмен информацией со средой), представляет собой экологическую нишу.

Экологическую нишу можно представить как некое многомерное пространство, определенное совокупностью факторов, каждый из которых имеет свои пределы. К таким факторам могут быть отнесены: температура, влажность, объем, давление, состав солнечного излучения, химизм пищи и др.

Если в результате тех или иных процессов изменились физические параметры среды (например, температура), выйдя за пределы, при которых организм может существовать, то это означает нарушение параметров экологической ниши по данному признаку. Выход здесь один отвечающий данной нише организм должен адаптироваться к изменившейся обстановке. В противном случае он погибает, а его место занимает другой, более «пластичный», то есть с лучшей способностью адаптироваться.

Если в качестве экологической ниши принять многомерное пространство с фиксированным началом координат, то появляется важная экологическая закономерность: взаимосвязь («сцепленность») различных факторов среды друг с другом. Иными словами, изменение какогото одного фактора влечет за собой изменение других факторов, и в то же время, управляя какимлибо одним фактором, можно и не вернуть в исходное состояние другие факторы, которые прямому воздействию не подвергались. Например, снижение концентрации вредных примесей в воде реки определяет адаптационные процессы у рыб. Так, самая отравленная немецкая река Везер. Река Верра несет в Везер соленую воду от разработок калийной соли. Чтобы оценить сбрасываемую в воду Верры соль, доходящую до Северного моря, пришлось бы каждые 55 мин отправлять к морю товарный поезд из 40 вагонов грузоподъемностью по 15 т! Для рыбы такая высокая концентрация соли смертельна, поскольку образуются химические соединения солей с кислородом, в результате чего концентрация свободного кислорода резко снижается. Рыбам нужна вода с содержанием кислорода не менее 2 мг/л. Из 64 видов рыб, когдато живших в Верре, сейчас осталось 10. Эти виды так приспособились к соленой воде, что их клетки лопаются, если перенести их в чистую воду. В середине зимы в Везере както наблюдалась беспричинная гибель рыбы. Оказалось, что в рождественские каникулы был сделан перерыв в работе калийных рудников. Рыба гибла оттого, что вода на несколько дней стала чистой.

В данном драматическом случае произошла сложная необратимая адаптация, связанная с изменением строения организма (морфологическая адаптация) и особенностями ферментативного набора в пищеварительном тракте, определяемого составом пищи (физиологическая адаптация).

В общем случае для организма имеет значение не только ам­плитуда изменения того или иного экологического фактора (содержание солей, температура, освещенность и др.), но и скорость изменения этого фактора. Например, резкое понижение температуры с +15 до —10 °С приводит к гибели такой популяции рыб, как карась, в то время как при медленном охлаждении до —10 °С и последующем (через месяц) отогреве до комнатной температуры его практически всегда удается вернуть к жизни.

В заключение параграфа отметим, что законом жизни любых организмов является «принцип минимальной амплитуды», согласно которому живой организм при прочих равных условиях выбирает такое местообитание экологическую нишу, в котором обеспечивается минимальная амплитуда колебаний лимитирующих факторов среды. Появление человека на Земле предопределило новый этап развития биосферы, связанный с постепенным переходом от простого биологического обмена между человеком и природой к более сложному обмену веществ и энергии, носящему техногенный характер (антропогенный обмен).

Принципиальным отличием антропогенного обмена от биологического круговорота является его незамкнутость. На вводе антропогенного обмена идет потребление природных ресурсов, а на выходе образование промышленных и бытовых отходов. Незамкнутость антропогенного обмена является его основным недостатком, поскольку создает экологическое несовершенство.

Воздействие человека на биосферу сводится к четырем основным факторам:
1) изменение структуры земной поверхности (распашка степеи, вырубка лесов, создание искусственных водоемов и др.);
2) изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (добыча ископаемых, создание отвалов, выброс различных веществ, изменение влагооборота);
3) изменение энергетического и, в частности, теплового баланса отдельных регионов, а в итоге и всей планеты;
4) изменения, вносимые в биоту, в результате истребления некоторых видов, создание новых пород животных и сортов растений, перемещение их в новые места обитания.

Все эти факторы, как правило, взаимосвязаны и приводят к нарушению экологического равновесия, а следовательно, к повышению вероятности гибели тех или иных экосистем.

Рассмотрим процесс антропогенного воздействия в динамике на одном примере: в результате техногенной деятельности человека началось поступление неочищенных сточных вод и отходов в озеро. Начинается процесс излишнего накопления питательных веществ (минеральные вещества, фосфор и азот попадают в воду вместе с удобрениями, органические соединения с промышленными и бытовыми отходами). Минеральные вещества способствуют чрезмерному росту растенийпродуцентов, способных из неорганических материалов среды строить органические вещества. Эту функцию выполняют водоросли, которые с помощью солнечной энергии из диоксида углерода, воды и минеральных веществ синтезируют органические соединения (фотосинтез). При этом поступление органических веществ приводит к усиленному размножению бактерий и грибов. В обоих случаях сначала улучшаются условия жизни рыб, но вскоре им начинает не хватать кислорода, поскольку чрезмерно активная деятельность растенийпродуцентов приводит к большому расходу кислорода, растворенного в воде. Гибнут животные, нуждающиеся в кислороде. Бактерии и грибы перестают справляться с разложением органических веществ.

Самоочищающая способность озера исчерпывается. Выживают только те бактерии, которые вызывают гниение и не нуждаются в кислороде для разложения органических веществ, продукт их жизнедеятельности выделяемый сероводород. Таким образом, гибнет не только озеро, но и смежные экосистемы в результате отравления сероводородом.

В процессе природопользования человек изменяет окружающую его среду. Так, в силу объективных законов физики, в частности закона сохранения вещества и энергии, любые процессы связаны не только с преобразованием и получением нужных веществ, но и с побочными продуктами. Эти вещества, как правило, чужды природной среде, окружающей живые организмы. Они получили название ксенобиотики (от греч. xenos — чужой и bios — жизнь). Эволюция жизни на Земле происходила в отсутствие этих веществ. Например, до возникновения металлургии и других отраслей промышленности в природе практически не было свободных металлов, множества химических соединений (фреонов, пестицидов, нефтепродуктов). Присутствие ксенобиотиков ведет к несовместимости среды с жизнедеятельностью организма, что вызывает его заболевание и гибель. Наличие в атмосферном воздухе соединений фтора, никеля, кобальта, серы нарушает фотосинтез и разрушает фотосинтезирующий аппарат растений. В результате гибнут леса, снижается продуктивность сельскохозяйственных насаждений, вырождается животноводство.

Ряд веществ, не являющихся ксенобиотиками, в результате деятельности человека накапливается в окружающей среде в концентрациях, значительно превышающих естественные (озон, фенол, диоксид углерода, соединения азота, серы, фосфора и др.), что также нарушает экологическое равновесие.

С качеством окружающей среды непосредственно связано здоровье человека. По определению Всемирной организации здраво­охранения здоровье человека это «состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не просто отсутствие болезней».

Установлено, что на 60 % здоровье среднестатистического человека зависит от образа жизни, на 20 % от биологических и наследственных факторов и на 20 % от природноклиматических условий. Таким образом, здоровье человека воспроизводится на наследственном уровне, формируется образом жизни, потребляется в процессе труда и восстанавливается в результате отдыха. В настоящее время установлено, что уровень жизни человека прямо зависит от экологической ситуации. Если под уровнем жизни человека понимать комплекс факторов: здоровье, продолжительность жизни, материальное обеспечение и др., то при развитии общества изменение уровня жизни индивидуума происходит случай­ным образом. При этом установлено, что основными принципами нормальной жизнедеятельности является активность (движение) конкуренция. С большой степенью вероятности можно утверждать, что слишком высокий уровень жизни и слишком малый по Равнению со средним реализуется крайне редко, то есть уровень Изни Сгруппируется в основном вблизи некоторого наиболее вероятного значения.

Увеличение степени загрязнения биосферы, например выраженное в появлении «озоновой дыры» над конкретным регионом, приводит к смещению максимума влево, то есть уровень жизни при прочих равных условиях снижается. Обычно величина Я изменяется незначительно, показатель Е существенна. Он по сути характеризует степень экологического неблагополучия общества и зависит от энергетических затрат для обеспечения нормальной жизнедеятельности (например, чем больше производство, тем больше загрязнения атмосферы, больше расходы на ликвидацию ущерба и больше величина Е). Так или иначе, мы имеем дело с двумя конкурирующими процессами:

  1. Улучшение условий жизнедеятельности.
  2. Загрязнение окружающей среды.

Другими словами, если растет уровень загрязнения биосферы, то увеличиваются и затраты на ликвидацию загрязнения; в то же время, чем больше эффект очистки, тем больше затраты на очистку.

<Определяющая роль электромагнитных полей в биопроцессах
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2015 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru