Степановских А.С. Экология
Подождите немного. Документ загружается.
опаснейшие источники загрязнения природной среды. Например, после аварии
26 апреля 1986 г. на Чернобыльской АЭС данные изотопного анализа первых
проб воздуха, воды и почвы, отобранных 26 апреля — 1 мая, показали, что
около 30% общей активности приходилось на долю йода-131. Кроме йода-131 в
пробах были обнаружены изотопы бария и лантана-140, цезия-137 и -134,
рутения-103, циркония-95, теллура-132, церия-141 и нептуния-239, а в зоне
отселения, в ближайшей зоне от объекта аварии — изотопы стронция-90 и
плутония-239, -240.
Характеризуя степень заражения местности, уровни радиации, дозы
облучения, применяют термин радиоактивность, предложенный в 1898 г.
Марией Склодовской-Кюри. Радиоактивность можно измерить в различных
единицах — в беккерелях, кюри, рентгенах, резерфордах, греях, зивертах и т.
д., & мощность излучения — в этих же единицах, отнесенных к единице
времени (секунде, часу, суткам, неделе, месяцу, году). Основной единицей
радиоактивности служит кюри (КИ). 1 Кюри — активность такого количества
радиоактивного вещества, в котором происходит 3,710
10
распадов атомов в
секунду, т. е. происходит 2,210
12
распадов в минуту (расп.мин.
-1
). С
биологической точки зрения 1 КИ — активность довольно высокая. В связи с
этим на практике широкое применение находят более мелкие единицы:
милликюри (мКИ = 10
-3КИ
); микрокюри (мкКР = 10
-6КИ
); нанокюри (нКИ = 10
-9КИ
);
пикокюри (пКИ = 10
-12КИ
). Активность, выраженная в кюри, показывает
интенсивность альфа-, бета- или гамма-излучения. Однако это ничего не
говорит о действии, которое эти излучения оказывают на организмы, попавшие
«под обстрел».
1 рентген — доза рентгеновских (или гамма-) лучей, при которой в 1 см
3
воздуха образуется 2,0810
9
пар ионов (или в 1 г воздуха — 1,6110
12
пар
ионов). На практике удобны дозы в 1000 раз меньше единицы — миллирентген
(мР) или миллирад (мрад) для измерения тех уровней излучения, которые часто
регистрируются в окружающей среде.
Доза излучения, полученная в единицу времени, называется мощностью
дозы. Например, если организм получает 10 мР в час, то суммарная доза за 24 ч
составляет 240 мР, или 0,240 Р.
Космическое и ионизирующее излучения, испускаемые природными
радиоактивными веществами, содержащимися в воде и почве, образуют так
называемое фоновое излучение, к которому адаптирована ныне существующая
биота. Ряд ученых считает, что поток генов в биоте поддерживается из-за
наличия этого фонового излучения. В разных частях биосферы естественный
фон различается в 3-4 раза.
Наибольшая его интенсивность наблюдается набольших высотах в горах,
образованных гранитными породами, а наименьшая — около поверхности моря
и в его поверхностных слоях. Интенсивность космического излучения
повышается с увеличением высоты местности над уровнем моря, а гранитные
скалы содержат больше встречающихся в природе радионуклидов, чем
осадочные породы. Суммарная доза, создаваемая естественным излучением,
довольно сильно варьируется в различных районах Земли.
101
Помимо естественного радиоактивного фона, есть еще понятие
техногенно-усиленного радиационного фона, т. е. усиленного в результате
деятельности человека. Из чего он складывается? Естественный фон дает
примерно одну треть так называемой популяционной дозы общего фона или
средней дозы ионизирующего излучения, которая приходится на каждого
жителя. Еще треть человек получает при медицинских диагностических
процедурах: рентгеновских снимках, флюорографии, просвечиваниях и т. д.
Остальную ее часть дает пребывание человека в современных зданиях. В
кирпиче и бетоне присутствуют, хотя и в малых количествах, такие
радиоактивные элементы, как уран, торий, радий и др. Вклад в техногенно-
усиленный фон вносят и выбросы из современных тепловых станций, котелен,
работающих на угле, так как уголь также содержит рассеянные радиоактивные
элементы. При полетах на самолетах человек также получает небольшую дозу
ионизирующего излучения. На высоте 12 000 м, где проходят трассы
современных самолетов, естественный фон усиливается в 1,5—2 раза. В целом
по стране техногенный фон колеблется от 200 до 400 мР/год.
Любое изменение в облучаемом объекте, вызванное ионизирующим
излучением, называется радиационно-индуцированным эффектом.
Ионизирующее облучение оказывает на более высокоразвитые и сложные
организмы более губительное или повреждающее действие. Человек отличается
особой чувствительностью. У высших растений чувствительность к
ионизирующему излучению, по данным экспериментов, прямо
пропорциональна размеру клеточного ядра (точнее — объему хромосом или
содержанию ДНК).
У высших животных не обнаружено такой прямой зависимости между
чувствительностью и строением клеток. Для них более важное значение имеет
чувствительность отдельных систем органов. Например, млекопитающие
чувствительны к низким дозам вследствие легкой повреждаемости облучением
быстро делящейся ткани костного мозга. Низкие уровни хронически
действующего ионизирующего излучения могут вызывать в костях и других
чувствительных тканях опухолевый рост даже через несколько или много лет
после облучения.
В 50—70-х гг. XX в. широко проводилось изучение влияния гамма-
излучения, как правило кобальта-60 и цезия-13 7 с активностью 10000 КИ и
выше, на сообщества и экосистемы. Вблизи от этих мощных источников не
выживало ни одно высшее растение или животное. Замедление роста растений
и уменьшение видового разнообразия животных отмечалось и при таких низких
уровнях, как 2—5 рад в сутки. Радионуклиды, попадая в окружающую среду,
рассеиваются, разбавляются и могут различными способами накапливаться в
живых организмах при движении по пищевой цепи. Эти явления называют
«биологическим накоплением». Радиоактивные вещества обладают
способностью накапливаться в воде, почве, осадках или в воздухе, если
скорость их поступления превышает скорость естественного радиоактивного
распада. И зачастую небольшое, казалось бы, безобидное количество
радиоактивных веществ может стать в дальнейшем смертельно опасным.
102
5. ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ
На нашей планете живые организмы в ходе длительного исторического
развития освоили четыре среды жизни, которые распределились
103
соответственно минеральным оболочкам: гидросфера, литосфера, атмосфера
(рис. 5.1).
Рис. 5.1. Основные среды жизни
Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась
жизнь. В дальнейшем, в ходе исторического развития, организмы начали
заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные,
бурно эволюционируя, адаптируясь к новым условиям жизни.
Функционирование живого вещества на суше привело к постепенному
преобразованию поверхностного слоя литосферы в почву, по выражению В. И.
Вернадского (1978), в своеобразное биокосное тело планеты. Почву заселили
как водные, так и наземные организмы, создав специфический комплекс ее
обитателей.
Четвертой средой жизни стали сами живые организмы, каждый из
которых является целым миром для населяющих его паразитов и симбионтов.
5.1. Водная среда жизни
Общая характеристика. Гидросфера как водная среда жизни занимает
около 71% площади и 1/800 часть объема земного шара. Основное количество
воды, более 94%, сосредоточено в морях и океанах (рис. 5.2).
104
Рис. 5.2. Мировой океан в сравнении с сушей (по Н. Ф. Реймерсу, 1990)
В пресных водах рек, озер количество воды не превышает 0,016% общего
объема пресной воды.
В океане с входящими в него морями прежде всего различают две
экологические области: толщу воды — пелагиалъ и дно — бенталь. В
зависимости от глубины бенталь делится на сублиторольную зону — область
плавного понижения суши до глубины 200 м, батиальную — область крутого
склона и абиссальную зону — океанического ложа со средней глубиной 3—6
км. Более глубокие области бентали, соответствующие впадинам океанического
ложа (6—10 км), называют ультраабиссалью. Кромка берега, заливаемая во
время приливов, называется литоралью. Часть берега выше уровня приливов,
увлажняемая брызгами прибоя, получила название супралиторали.
Открытые воды Мирового океана также делятся на зоны по вертикали
соответственно зонам бентали: типелигиалъ, бати-пелигиаль, абиссопелигиаль
(рис. 5.3).
105
Рис. 5.3. Вертикальная экологическая зональность океана
(по Н. Ф. Реймерсу, 1990)
В водной среде обитает примерно 150 000 видов животных, или около 7%
общего их количества (рис. 5.4) и 10 000 видов растений (8%).
Следует обратить внимание и на то, что представители большинства
групп растений и животных остались в водной среде (своей «колыбели»), но
число их видов значительно меньше, чем наземных. Отсюда вывод — эволюция
на суше проходила значительно быстрее.
Разнообразием и богатством растительного и животного мира отличаются
моря и океаны экваториальных и тропических областей, в первую очередь
Тихого и Атлантического океанов. На север и юг от этих поясов качественный
состав постепенно обедняется. Например, в районе Ост-Индского архипелага
распространено не менее 40 000 видов животных, тогда как в море Лаптевых
всего 400. Основная масса организмов Мирового океана сосредоточена на
относительно небольшой по площади зоне морских побережий умеренного
пояса и среди мангровых зарослей тропических стран.
Удельный вес рек, озер и болот, как уже было отмечено ранее, по
сравнению с морями и океанами незначителен. Однако они создают
необходимый для растений, животных и человека запас пресной воды.
106
Рис. 5.4. Распределение основных классов животных по средам
обитания (по Г. В. Войткевич и В. А. Вронскому, 1989)
Примечание животные, помещенные ниже волнистой линии, обитают в море, выше ее — в наземно-
воздушной среде
Известно, что не только водная среда оказывает сильное влияние на ее
обитателей, но и живое вещество гидросферы, воздействуя на среду обитания,
перерабатывает ее и вовлекает в круговорот веществ. Установлено, что вода
океанов, морей, рек и озер разлагается и восстанавливается в биотическом
круговороте за 2 млн лет, т. е. вся она прошла через живое вещество на Земле
не одну тысячу раз.
Следовательно, современная гидросфера представляет собой продукт
жизнедеятельности живого вещества не только современной, но и прошлых
геологических эпох.
Характерной чертой водной среды является ее подвижность, особенно в
проточных, быстро текущих ручьях и реках. В морях и океанах наблюдаются
приливы и отливы, мощные течения, штормы. В озерах вода перемещается под
действием температуры и ветра.
Экологические группы гидробионтов. Толща воды, или пелагиаль
(pelages — море), заселена пелагическими организмами, которые обладают
способностью плавать или удерживаться в определенных слоях (рис. 5.5).
107
Рис. 5.5. Профиль океана и его обитатели (по Н. Н. Моисееву, 1983)
В связи с этим данные организмы подразделяются на две группы: нектон
и планктон. Третью экологическую группу — бентос — образуют обитатели
дна.
Нектон (nektos — плавающий) — это совокупность пелагических
активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с
дном. Это главным образом крупные животные, которые способны
преодолевать большие расстояния и сильные течения воды. Они имеют
обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения. К типичным
нектонным организмам относятся рыбы, кальмары, киты, ластоногие. К
нектону в пресных водах кроме рыб относятся земноводные и активно
перемещающиеся насекомые. Многие морские рыбы могут передвигаться в
толще воды с огромной скоростью: до 45— 50 км/ч — кальмары (Oegophside),
100—150 км/ч — парусники (Jstiopharidae) и 130 км/ч — меч-рыба (Xiphias
glabius).
Планктон (planktos — блуждающий, парящий) — это совокупность
пелагических организмов, которые не обладают способностью к быстрым
активным передвижениям. Как правило, это мелкие животные — зоопланктон
и растения — фитопланктон, которые не могут противостоять течениям. В
состав планктона включают и «парящие» в толще воды личинки многих
животных. Планктонные организмы располагаются как на поверхности воды,
108
на глубине, так и в придонном слое.
Организмы, располагающиеся на поверхности воды, составляют особую
группу — нейстон. Состав нейстона зависит также от стадии развития ряда
организмов. Проходя личиночную стадию, взрослея, они покидают
поверхностный слой, служивший им убежищем, перемещаются жить на дно
или в нижележащие и глубинные слои. К таким относятся личинки
десятиногих, усоно-гих, веслоногих ракообразных, брюхоногих и
двустворчатых моллюсков, игаокожих, полихет, рыб и др.
Те же организмы, часть тела которых находится над поверхностью воды,
а другая — в воде, получили название плейстон. К ним относят ряску (Lemma),
сифонофоры (Siphonophora) и др.
Фитопланктон играет важную роль в жизни водоемов, так как это
основной продуцент органического вещества. К фитопланктону относятся в
первую очередь диатомовые (Diatomeae) и зеленые (Chlorophyta) водоросли,
растительные жгутиконосцы (Phytomastigina), перидинеи (Peridineae) и
кокколитофориды (Coccolitophoridae). В пресных водах широко
распространены не только зеленые, но и сине-зеленые (Cyanophyta) водоросли.
Зоопланктон и бактерии можно встретить на различных глубинах. В
пресных водах распространены большей частью плохо плавающие
относительно крупные ракообразные (Daphnia, Cyclopoidea, Ostrocoda), много
коловраток (Rotatoria) и простейших.
В морском зоопланктоне доминируют мелкие ракообразные (Copepoda,
Amphipoda, Euphausiaceae), простейшие (Foraminifera, Radiolaria, Tintinoidea).
Из крупных представителей—это крыло-ногие моллюски (Pteropoda), медузы
(Scyphozoa) и плавающие гребневики (Ctenophora), сальпы (Salpae), некоторые
черви (Aleiopidae, Tomopteridae).
Планктонные организмы служат важным пищевым компонентом для
многих водных животных, включая и таких гигантов, как усатые киты
(Mystacoceti), рис. 5.6.
109
Рис 5.6. Схема основных направлений обмена энергии и вещества в океане
Бентос (benthos — глубина) — это совокупность организмов, обитающих
на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Он подразделяется на зообентос и
фитобентос. Большей частью представлен прикрепленными, или медленно
передвигающимися, или роющими в грунте животными. На мелководье он
состоит из организмов, синтезирующих органическое вещество (продуценты),
потребляющих его (консументы) и разрушающих (ре-дуценты). На глубинах,
где нет света, фитобентос (продуценты) отсутствует. В морском зообентосе
доминируют фораминифоры, губки, кишечно-полостные, черви, плеченогие,
моллюски, асцидии, рыбы и др. Более многочисленны бентосные формы на
мелководьях. Их общая биомасса здесь может достигать десятков килограммов
на 1 м
2
.
Фитобентос морей в основном включает водоросли (диатомовые,
зеленые, бурые, красные) и бактерии. У побережий встречаются цветковые
растения — зостера (Zostera), руппия (Ruppia), филлосподикс (Phyllospadix).
Наиболее богаты фитобентосом скалистые и каменистые участки дна.
В озерах, как и в морях, различают планктон, нектон и бентос.
Однако в озерах и других пресных водоемах зообентоса меньше, чем в
морях и океанах, а видовой его состав однообразен. Главным образом это
простейшие, губки, ресничные и малощетинковые черви, пиявки, моллюски,
личинки насекомых и др.
Фитобентос пресных вод представлен бактериями, диатомо-выми и
зелеными водорослями. Прибрежные растения располагаются от берега вглубь
четко выраженными поясами. Первый пояс — полупогруженные растения
(камыши, рогоз, осоки и тростники); второй пояс — погруженные растения с
плавающими листьями (водокрас, кубышки, кувшинки, ряски). В третьем
поясе преобладают растения — рдесты, элодея и др. (рис 5.7).
110