Біологія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

Сучасні екологічні проблеми

З початку своєї появи людина брала в біосфері засоби до існування і віддавала їй те, що могли використати інші організми. Тому її діяльність на цьому етапі лише незначною мірою відрізнялась від діяльності інших організмів. Однак надалі руйнівний вплив людського суспільства на біосферу ставав усе значимішим. У той період зникнення великих ссавців не призвело до незворотних наслідків, їх місце у ланцюгах живлення та у процесі біогенної міграції атомів зайняли копитні тварини та гризуни.

Приручення й одомашнення деяких видів тварин, заняття землеробством зумовили ще більш серйозні зрушення у біосфері. Природні біогеоценози замінювались штучними, почалося перетворення ландшафтів.

Нечуваних масштабів у руйнуванні природного середовища досягнуто з початку ери науково-технічної революції. Найбільший вплив мають сільське господарство, промисловість та енергетика:

• за останні 300 років сільське господарство та промисловість подвоїли вміст метану в атмосфері, концентрацію вуглекислоти — на чверть;
• викиди важких металів перевищують природне виділення у 2-18 разів (Pb, Zn, Cd тощо);
• промислове та сільськогосподарське виробництва зумовили появу особливого техногенного типу міграцій речовини на планеті (переміщення на значні віддалі сировини, продуктів виробництва, відходів).

Зростання населення Землі

Чисельність людства протягом більшої частини його існування обмежувалась запасами їжі. За підрахунками вчених, у VII тис. до н. е. населення Землі нараховувало не більше 10 млн осіб, на початку нашої ери, за різними даними, — від 200 до 525 млн.

Населення планети зростало поступово і досягло 1 млрд осіб у середині XIX ст. Із цього часу почалося різке збільшення кількості людей («демографічний вибух»), яка за наступні 100 років зросла втричі і 1960 р. становила близько 3 млрд. За останні 40 років населення планети подвоїлось і на початку XXI ст. становило 6,1 млрд осіб.

Зростання народонаселення загострює проблему забезпечення його харчовими ресурсами, тому що регіони найвищої густоти населення, як правило, не збігаються з місцями найрозвиненішого сільського господарства — у країнах, де виробляють до 60 % харчових ресурсів, проживає лише 30 % населення Землі.

За підрахунками експертів ООН, населення Землі до 2050 р. зросте до 9,3 млрд осіб за рахунок росту населення у слаборозвинутих країнах, у першу чергу країнах Африки, у кілька разів.

Урбанізація

Хоча міста планети займають не більше 0,5 % площі земної поверхні, у них нині проживає понад 40 % населення. У другій половині XX ст. з’явились мегаполіси (Мехіко, Ріо-де-Жанейро, Токіо тощо) з проблемами збереження природних екосистем, забруднення промисловими та побутовими відходами, водозабезпечення, каналізації, чистоти повітря тощо.

Проблеми використання енергоносіїв

У біосфері рухаються масштабні потоки енергії. Зелені рослини, які синтезують багаті на енергію органічні сполуки, використовують лише незначну частину сонячної енергії — 0,1-1 %.

Протягом еволюції біосфери деякі органічні сполуки накопичились у земній корі у вигляді викопного палива (нафти, газу, вугілля, торфу тощо). Але ці запаси обмежені. За підрахунками вчених, вугілля може вистачити ще на два-три століття, а нафти — не більше ніж на 70-80 років.

Недоліки викопного палива — забруднення атмосфери карбон(ІІ) оксидом (чадним газом), оксидами Сульфуру і Нітрогену, вуглеводнями, твердими частками.

Щоб збільшити виробництво електроенергії, у другій половині XX ст. почали будувати атомні електростанції, які нині діють у понад 30 країнах світу.

Проблеми експлуатації атомних електростанцій: виникнення аварійних ситуацій і як наслідок — забруднення радіонуклідами довкілля; захоронения відпрацьованого палива (атомні електростанції щороку виробляють до 70 т радіоактивних відходів, але надійних способів їх зберігання немає).

Знищення лісів

Учені підрахували, що через діяльність людини площа лісів на Землі за останні 5 тис. років зменшилась приблизно на третину. А нині щорічно зменшується на 17 млн га.

Наслідки зменшення площ лісів: підвищення в атмосфері вмісту вуглекислого газу; масове зникнення рослин і тварин; посилення ерозії ґрунтів та обміління річок; порушення екологічної рівноваги на планеті.

Ерозія — зменшення товщини верхнього шару ґрунту внаслідок знесення вітром або водою. У результаті ерозії та інших явищ запаси родючих ґрунтів на планеті щорічно зменшуються.

Хижацьке ставлення до ґрунтів призвело до краху давніх цивілізацій (Єгипет, Вавилон, Хорезм тощо).

Ще одна причина зменшення площ орних земель — засолення ґрунтів унаслідок нераціонального поливу. Проявляється під час підвищення рівня ґрунтових вод і відкладання після випарування води у верхньому шарі ґрунту солей завтовшки 10 см.

Безграмотне використання хімічних добрив і пестицидів (хімічних препаратів для боротьби з бур’янами, шкідниками та хворобами) призводить до забруднення ґрунтів, води, повітря і продуктів харчування.

Вплив людини на атмосферу

Атмосферне повітря використовують для дихання всі живі організми (крім анаеробів), і життя на Землі можливе доти, поки існує земна атмосфера. Але за рахунок господарської діяльності людини в останні десятиліття в атмосфері відбувається зміна балансу газів.

Основні забруднювачі атмосфери: промисловість, сільське господарство, транспорт і побутові відходи.

Джерела промислових забруднювачів — спалювання енергоносіїв і викиди промислових підприємств: чорної та кольорової металургії, нафтодобувної, нафтопереробної і хімічної промисловості.

Серед безлічі забруднювачів під час спалювання енергоносіїв особливо розповсюджені 5 (перераховані у послідовності зменшення ступеня отруйності): карбон(ІІ) оксид, сульфур(ІV) оксид, вуглеводні, оксиди Нітрогену, тверді частки.

У вугільній промисловості джерелом забруднення атмосфери є відвали пустої породи, пил (у результаті виробництва цементу і будівельних матеріалів).

З кожним роком зростає роль автомобільного транспорту, у викидах якого міститься близько 200 різних речовин, серед яких більшість — шкідливі. Кожний автомобіль у середньому на 1 км пробігу викидає 20 мг Плюмбуму, 30 г карбон(ІІ) оксиду, 1 г оксиду Нітрогену, 2 г вуглеводнів.

Негативний вплив забруднювачів атмосфери на навколишнє середовище: сполуки Сульфуру руйнують хлорофіл у листках рослин, через що погіршуються процеси фотосинтезу та дихання, знижується врожайність і рослина може навіть загинути; згубно впливає на рослини і смог — скупчення шкідливих газів у нижніх шарах атмосфери; оксиди Сульфуру спричиняють корозію металів; вводять у міграцію шкідливі сполуки.

Наслідки глобального забруднення атмосфери:

1. Потепління клімату («тепличний ефект»).

2. Кислотні дощі. Кислотними називають будь-які види опадів — дощ, сніг, туман — тоді, коли їх pH нижча за 7,0, тобто вони мають кислу реакцію. Точна реєстрація динаміки кислотності води показує, що ще близько 190 років тому pH дощової води була на рівні 7,0.

Уперше кислотні дощі зареєстровано 1972 р. в англійському місті Манчестері. Основною причиною їх випадання було надходження до атмосфери оксидів Нітрогену та Сульфуру. У наш час кислотні опади випадають всюди.

3. Руйнування озонового екрана. Причини: широке застосування хлор- та бромпохідних (фреону) у другій половині XX ст.; використання карбон тетрахлориду та метилхлороформу; викиди продуктів згорання палива космічно-ракетної техніки.

Зменшення товщі озонового екрана та розриви в ньому («озонова дірка» в Антарктиді) ведуть до посилення ультрафіолетового випромінювання, яке за останні 10 років зросло на 10 %, а в Антарктиді — на 40 %.

Заходи боротьби із забрудненням атмосфери:

• озеленення міст і селищ, промислових зон;
• правильно планувати розташування житлових і промислових районів у містах;
• обладнання всіх підприємств очисними спорудами;
• створення безвідходних виробництв;
• зменшення кількості теплоелектростанцій та їх переоснащення новітніми системами очищення викидів;
• заміна вугілля та мазуту на теплоелектростанціях екологічно чистішим газовим паливом;
• будівництво вітрових електростанцій;
• обладнання двигунів внутрішнього згорання спеціальними каталізаторами для нейтралізації чадного газу, заміна етильованого бензину на неетильований.

Види забруднення води:

• фізичне — збільшення у воді вмісту нерозчинних домішок (піску, глини, мулу);
• хімічне — забруднення різними шкідливими домішками неорганічного (мінеральні солі, кислоти, луги) та органічного (рештки організмів, нафта і нафтопродукти) походження, мийними засобами, пестицидами, добривами. Основними джерелами хімічного забруднення є металургійні, хімічні, нафтопереробні, целюлозно-паперові заводи, комунально-побутові стоки, сільське господарство;
• бактеріальне і біологічне — потрапляння зі стічними водами різних хвороботворних мікроорганізмів, яєць глистів тощо. Основними джерелами такого забруднення є підприємства мікробіологічної і легкої промисловості, м’ясо-комбінати, цукрові заводи, комунально-побутові стоки (житлових масивів, підприємств харчування, лікарень тощо);
• теплове — спричиняють підігріті води тепло- й атомних електростанцій, машинобудування, металообробки, коксохімії;
• радіаційне — надмірний вміст у воді радіонуклідів (особливо після аварії на ЧАЕС у 1986 р.).

Забруднення поверхневих вод суходолу

Із промисловими стоками у поверхневі води суходолу надходять солі металічних елементів (Меркурію, Плюмбуму, Купруму), кислоти, луги, органічні речовини та радіоактивні відходи. З полів вимиваються органіка, пестициди, мінеральні добрива, відходи тваринницьких комплексів. Комунально-побутові стічні води сильно забруднені синтетичними поверхнево-активними речовинами (у складі мийних засобів), бактеріально-біологічними забруднювачами.

Негативні наслідки забруднення поверхневих вод:

• зниження прозорості води і зменшення в ній кисню;
• підвищення вмісту шкідливих і отруйних речовин;
• бурхливий розвиток ціанобактерій і зростання кількості нітратів та фосфатів;
• підвищення вмісту хвороботворних мікроорганізмів, які є джерелом багатьох інфекційних хвороб;
• теплове забруднення змінює термічний і біологічний режими води — гине зоопланктон, порушуються умови нересту риб, їх вражають хвороби;
• йони важких металів через водні рослини харчовими ланцюгами надходять до рослиноїдних тварин, а від них — до хижих;
• будівництво водосховищ змінює гідрологічний режим водойм.

Джерела забруднення підземних вод:

• місця збереження і транспортування промислової продукції;
• місця акумуляції комунальних і побутових відходів;
• речовини зі звалищ хімічних відходів, пестициди і мінеральні добрива;
• під час використання ґрунтових методів очищення поверхневих вод (поверхнево-активними речовинами);
• через забруднення поверхневих вод, які живлять підземні.

Джерела забруднення морських вод:

• річки виносять у моря і океани стоки промислових підприємств, комунально-побутові відходи та воду з полів;
• аварії танкерів та морських нафтодобувних установок.

Запустелювання — це виснаження екосистем у посушливих зонах під впливом діяльності людини та посух. Воно виявляється в сильній деградації природних біоценозів і втраті родючості ґрунтів. Цього вже зазнали у світі більше 4,5 млрд га землі, і площі їх зростають. За останні 20 років площа пустель збільшилася на 100 млн га. У 1958-1973 рр. запустелювання південного району Сахари (так званий Сахель) відбулося на великих територіях, що спричинило голод серед місцевого населення. Прикладом «рукотворної» регіональної катастрофи є проблема Аральського моря.