Хван Т.А., Хван П.А. Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

ЧЕЛОВЕК И СРЕДА ОБИТАНИЯ

ный уровень организации биосферы, а также то,

что в основе ее функционирования лежат кругово-

роты веществ и энергии, современной наукой сфор-

мулированы биохимическая, термодинамическая,

биогеоценотическая, кибернетическая концепции

биосферы.

В.И. Вернадский определил биосферу, как тер-

модинамическую оболочку с температурой от - 50°С

до — 50°С и давлением около 1 атм. Эти условия со-

ставляют границы жизни зля большинства орга-

низмов. Все живые организмы образуют биомассу

планеты и составляют около 0,01% массы земной

коры, но несмотря на незначительную общую био-

массу живых организмов, их деятельностью обус-

ловлен химический состав атмосферы, концентра-

ция солей в гидросфере, формирование почвенного

слоя и горных пород в литосфере.

Главная функция биосферы заключается в обес-

печении круговорота химических элементов и осу-

ществляется при участии всех населяющих плане-

ту организмов. Химические вещества циркулиру-

ют между почвой, атмосферой, гидросферой и

живыми организмами. Используя неорганические

вещества, зеленые растения за счет энергии Солн-

ца создают органические вещества, которые други-

ми живыми существами (гетеротрофами и деструк-

торами) разрушаются с тем, чтобы продукты этого

разрушения были использованы для новых органи-

ческих синтезов.

Границы биосферы определяются областью рас-

пространения организмов в атмосфере, гидросфе-

ре, литосфере.

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Литосфера — земная кора, внешняя твердая обо-

лочка земного шара, образованная осадочными и

базальтовыми породами. Основная масса организ

мов, обитающих в литосфере, сосредоточена в по

чвенном слое, глубина которого не превышает не

скольких метров.

Гидросфера — водная оболочка Земли, состав-

ленная мировым океаном, который занимает при-

мерно 70,8% поверхности земного шара. В гидро-

сферу биосфера проникает практически на всю глу -

бину мирового океана.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли, со-

стоящая из смеси газов, в которой преобладают

кислород и азот. Наибольшее значение для био-

логических процессов имеют кислород атмосфе-

ры, используемый для дыхания организмов и ми-

нерализации омертвевшего живого вещества, уг-

лекислый газ, используемый при фотосинтезе, а

также озон, экранирующий земную поверхность

от жесткого ультрафиолетового излучения. В ат-

мосфере различают: тропосферу — примыкающий

к поверхности Земли нижний слой атмосферы вы-

сотой около 15 км, в который входят взвешенные

в воздухе водяные пары; стратосферу — слой над

тропосферой, высотой около 100 км; в стратосфе-

ре под действием жесткого УФ-излучения Солнца

из молекулярного кислорода образуется атомарный

кислород, который затем превращается в озон и

образует озоновый слой, задерживающий косми-

ческие и УФ-лучи, губительно действующие на

живые организмы.

В настоящее время все большую актуальност

приобретают вопросы космической биологии — ком

плекса наук, изучающих особенности жизнедеятель-

ности биологических объектов в условиях косми-

ческого пространства и при полетах в космических

аппаратах (космическая физиология, экобиология).

Составной частью космической биологии является

экзобиология, изучающая наличие, распростране-

ние, особенности и эволюцию живой материи во

Вселенной. Исследования в этой области осуществ-

ляются в двух основных направлениях: моделиро-

вание условий космической среды или планет и ис-

следования, осуществляемые с помощью автомати-

ческих космических аппаратов. Установлено, что

некоторые земные микроорганизмы могут сохра-

нять жизнедеятельность и развиваться в условиях

космической среды. Однако исследования, проведен-

ные с помощью космических аппаратов, направлен-

ные на обнаружение внеземных форм жизни (на-

пример, на Венере, Марсе) пока еще не дали поло-

жительных результатов. Проблемы экзобиологии

тесно связаны с проблемой химической и биологи-

ческой эволюции материи во Вселенной, с пробле-

мой происхождения жизни на Земле.

Важными практическими вопросами являются

изучение влияния факторов космического простран-

ства на биологические процессы, протекающие в

биосфере Земли. Таким образом, возникает необхо-

димость анализа и пересмотра общебиологического

значения традиционных земных условий жизни в

связи с возникновением представлений о космос-

фере, как еще одной области биосферы.

Живое вещество в биосфере осуществляет газо-

вую, концентрационную, окислительную и восста-

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

новительную функции. Кислород и азот атмосфе-

ры, весь углекислый газ, по мнению Вернадского,

имеют органогенное происхождение. Ежегодная про-

дукция живого вещества в биосфере составляет при-

мерно 200 млрд. тонн сухого органического веще-

ства; за это же время в процессе фотосинтеза на

планете образуется 46 млрд. тонн органического уг-

лерода, 123 млрд. тонн кислорода. «Вихрь жизни»

как говорил Вернадский, захватывает освобожден-

ные при гниении микроорганизмами элементы, по-

ступающие в литосферу, гидросферу и атмосферу и

снова включает их в круговорот веществ.

Особое место в биосфере занимает человек, ра-

зумная деятельность которого в масштабах биосфе-

ры способствует превращению последней в ноосфе-

ру. На этом этапе эволюция биосферы происходит

под определяющим воздействием человеческого со-

знания в процессе производственной деятельности

людей. Ноосфера — это не что-то внешнее по отно-

шению к биосфере, а новый этап в ее развитии, зак-

лючающийся в разумном регулировании отноше-

ний человека и природы. Важная роль в этом регу-

лировании отводится экологии.

Основные понятия и задачи экологии

Экология — это наука, изучающая закономер-

ности взаимодействия организмов и среды их оби-

тания, законы развития и существования биогеоце-

нозов, как комплексов взаимодействующих живых

и неживых компонентов в различных участках био-

сферы.

Экологические закономерности проявляются на

уровне особи, популяции особей, биоценоза, биогео-

ценоза. Предметом экологии, таким образом, явля-

ются физиология и поведение отдельных организмов

в естественных условиях обитания (аутоэкология),

рождаемость, смертность, миграции, внутривидо-

вые отношения, межвидовые отношения, потоки

энергии и круговороты веществ (синэкология).

Одним из важнейших понятий экологии являет-

ся среда обитания. Среда — это совокупность фак-

торов и элементов, воздействующих на организм в

месте его обитания.

Экологический фактор — это элемент среды,

оказывающий прямое влияние на живой организм,

хотя бы на одной из стадий индивидуального раз-

вития. Все экологические факторы условно делят-

ся на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы — это все возможные влия-

ния, которые испытывает живой организм со сто-

роны окружающих его живых существ. Абиоти-

ческие — это все влияющие на организм элементы

неживой природы (температура, свет, влажность,

состав воздуха, воды, почвы и т. д.). Антропоген-

ные — это факторы, связанные с воздействием че-

ловека на природную среду.

Согласно другой классификации различают пер-

вичные и вторичные периодические и непериоди-

ческие факторы. К первичным относят температу-

ру, изменения положения Земли по отношению к

Солнцу, благодаря которым в эволюции возникла

суточная, сезонная, годичная периодичность мно-

гих биологических процессов. Вторичные периоди-

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕАЕЯТЕЛЬНОСТИ

ческие факторы являются производными первич-

ных, например, уровень влажности зависит от тем-

пературы, поэтому в холодных областях планеты

воздух содержит меньше водяных паров; неперио-

дические факторы действуют на организм или по-

пуляцию внезапно, эпизодически. К ним относят

стихийные силы природы — извержение вулканов,

ураган, удар молнии, наводнение и др.

Любая особь, популяция, сообщество испытыва-

ют на себе действие многих факторов, но лишь не-

которые из них являются жизненно важными. Та-

кие факторы называются лимитирующими или ог-

раничивающими. Отсутствие этих факторов или

их концентрация выше или ниже критических уров-

ней делает невозможным освоение среды особями

определенного вида. В соответствии с этим, для

каждою биологического вида существует оптимум

фактора (величина, наиболее благоприятная для

развития и существования) и пределы выносливос-

ти. Виды, переживающие значительные отклонения

факторов от оптимальной величины, называются

широкоприспособленными или эвритопными. Виды,

способные пережить лишь незначительные откло-

нения экологических факторов от оптимальной ве-

личины, называются узкоприспособленными или

стенотопными. Способность видов осваивать разные

среды обитания характеризуется величиной эколо-

гической валентности. Для большинства видов

экологический оптимум ограничен. Сохранение дол-

жного уровня биологической активности, несмотря

на колебания интенсивности экологических факто-

ров, обеспечивается гомеостатическими механизма-

ми на уровне особи или популяции.

ЧЕЛОВЕК и СРЕДА ОБИТАНИЯ

Как уже указывалось, экологические закономер-

ности просматриваются на уровне особи, популя-

ции особей, биоценоза (сообщества), биогеоценоза.

Биогеоценоз — это исторически сложившееся

динамическое, устойчивое сообщество растений, жи-

вотных, микроорганизмов, находящееся в постоян-

ном взаимодействии и непосредственном контакте

с компонентами атмосферы, гидросферы и литос-

феры. Биогеоценоз состоит из биотической (биоце-

ноз) части и абиотической (экотоп), которые связа-

ны непрерывным обменом веществ и представляют

собой открытую систему (рис. 4).

Основной функцией биогеоценоза является обес-

печение круговорота веществ и потоков энергии.

Биотическая часть биогеоценоза представлена

биоценозом. Любой биоценоз представляет собой

самоподдерживающуюся, саморегулирующуюся со-

вокупность живых организмов, состоящую из оп-

ределенного комплекса видов, в которой осуществ-

ляется круговорот веществ и энергии. Организмы в

биоценозе образуют сообщества, которые отлича-

ются тесной зависимостью друг от друга, чаще все-

го на основе пищевых связей, как средства получе-

ния энергии для жизни.

В основе пищевых (трофических) связей лежит

наличие двух основных типов питания. Аутотро-

фы извлекают необходимые для жизни химичес-

кие вещества из окружающей среды и при помощи

солнечной энергии превращают их в органическое

вещество. Гетеротрофы разлагают органическое ве-

щество до углекислого газа, воды, минеральных

солей и возвращают их в окружающую среду. Этим

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Солнечная

энергия, ми-

неральные в-

ва почвы,

газы атмос-

феры, вода

Рис. 4. Схема круговорота энергии и веществ

в биогеоценозе [7]

обеспечивается круговорот веществ, который воз-

ник в процессе эволюции как необходимое условие

существования жизни. При этом световая энергия

Солнца трансформируется организмами в другие

формы энергии — химическую, механическую, теп-

ловую. Определенная часть энергии Солнца рассеи-

вается в виде тепла. Деятельность и взаимоотноше-

ния всех живых существ в природе основываются

на односторонне направленном потоке энергии и кру-

говороте веществ.

Сообщество живых существ (биоценоз) вместе с

его физической средой обитания, состоящей из на-

бора неорганических веществ (биотоп) составляют

ЧЕЛОВЕК И СРЕДА ОБИТАНИЯ

экосистему. Биогеоценоз является элементарной

природной экосистемой. Совокупность всех экосис-

тем Земли называется биосферой.

В структуре любого биогеоценоза различают сле-

дующие обязательные компоненты: 1) абиотичес-

кие вещества среды; 2) аутотрофные организмы —

продуценты биотических органических веществ;

3) гетеротрофные организмы — консументы (по-

требители) готовых органических веществ перво-

го и следующих порядков (растительноядные и пло-

тоядные животные); 4) детритоядные организмы

— деструкторы, разрушающие органическое веще-

ство до простых минеральных соединений (микро-

организмы).

Важная роль в экономике биогеоценоза принад-

лежит цепям питания, которые составляют тро-

фическую структуру и по которым осуществляет-

ся перенос энергии и круговорот веществ. Первич-

ным источником энергии в цепи питания является

солнечное излучение, энергия которого составляет

4,6 • 10

Дж/с. Поверхности Земли достигает

1/2000000 часть этого количества энергии, из ко

торых около 1—2% ассимилируется растениями.

30—70% поглощенной энергии используется расте-

ния для обеспечения собственной жизнедеятельнос-

ти и синтеза органических веществ. Энергия, на-

копленная в растительной биомассе, составляет чи-

стую первичную продукцию биогеоценоза. Фито-

биомасса используется в качестве источника энер-

гии и материала для создания биомассы потребите-

лей первого порядка и далее по пищевой цепи. Обыч-

но продуктивность последующего трофического

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

уровня составляет не более 5—20% предыдущего. В

целом, если суммарная биомасса всех организмов,

обитающих на суше составляет примерно 3 • 10

т,

то на зообиомассу приходится лишь 1—3% этого

количества, а масса живого вещества, приходяще-

гося на людей, составляет около 0,0002% от сум-

марной массы живого вещества планеты. Это свя-

зано с тем, что объем энергии, необходимый для

обеспечения жизнедеятельности увеличивается с по-

вышением уровня морфофункциональной органи-

зации. Прогрессивное снижение ассимилированной

энергии в цепях питания отражается в структуре

экологических пирамид (рис. 5).

Так как даже в наиболее продуктивных сообще-

ствах в реакциях фотосинтеза используется всего

1—2% солнечной энергии, то они не дают достаточ-

но продукции, чтобы прокормить растущее челове-

чество. Обратные соотношения — относительно ма-

Рис. 5. Экологическая пирамида. Расчеты выполнены

исходя из допущения, что человек потребляет в пищу

только телятину, а телята — только люцерну [7]