Меняющиеся факторы среды обитания и здоровье населения

И ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ

Химические, физические, биологические факторы и здоровье человека

С незапамятных времен человек пользовался дарами природы, что заставляло людей мигрировать к местам обилия воды и пищи. Рост численности народонаселения, истощение растительных и животных ресурсов, невозможность решения «продовольственной проблемы» миграцией заставили человека применить орудия труда, добывать огонь.

Вынужденное расселение в более холодные районы способствовало возникновению искусственной среды - жилища, применению одежды. Потребности человека подчинили поведение его в природной среде, которая стала для него не только местом обитания, но и местом строительства, строительным материалом, сферой приложения труда. С течением времени взгляд человека на природу становился целенаправленнее и рациональнее. Пещеры и поляны становились строительной площадкой, камни сортировались в зависимости от предполагаемого назначения в качестве топора, пилы, кремня для высекания огня. Кости, шкуры, жилы животных становились сырьем для охотничьих снастей, одежды. Именно таким образом человек сделал первый шаг, чтобы отнести богатства Природы в разряд «природных ресурсов».

Вся дальнейшая история человечества связана с неустанным тяжелым трудом, завоеванием богатств природы; каждая победа требовала огромных умственных и физических усилий. Познавая законы природы, человек двигался вперед, ум напряженно работал, чтобы облегчить труд. Произошло удивительное, человек, движимый животным инстинктом любопытства, перешел к изучению мира; систематизируя знания, начал целенаправленную научную деятельность. Именно знания о природе - земледелие, приручение животных, гончарство, ткачество, строительство - составили фундамент современного прогресса. Техническая революция позволила использовать машины для облегчения тяжелого физического труда, научно-техническая революция превратила науку в непосредственную производительную силу.

Но природа выполняет и другие функции по отношению к человеку -обеспечивает информационный обмен, способствует формированию социально-нравственных критериев жизни общества. Природа способствует развитию творческих способностей человека, являясь источником вдохно вения, удовлетворяя эстетические потребности. Она развивает чувства красоты и гармонии, обеспечивает нравственное воспитание, дарит чувство психологического и социального благополучия, приносит духовное оздоровление, рождает в душе оптимизм, радость жизни, чувство стабильности и необходимости собственной жизни на Земле.

Организм человека, как и любого биологического вида, в процессе жизнедеятельности непрерывно извлекает разнообразные химические вещества из окружающей среды, преобразует их и снова возвращает в окружающую среду. Этот круговорот веществ регулируется процессами питания и дыхания; при этом пища является главным источником биологически активных веществ, содержащих биогенные химические элементы [57].

В. И. Вернадский открыл закон биогенной миграции атомов - это миграция химических элементов в биосфере в целом при непосредственном участии живого вещества; она подразделяется на три рода. Биогенная миграция атомов 1-го рода осуществляется микроорганизмами; она характеризуется огромной интенсивностью, связанной с их малым объемом и весом. Биогенная миграция 2-го рода осуществляется многоклеточными организмами. Биохимическая миграция атомов 3-го рода связана с жизнедеятельностью данного вида. Например, воздействие на почву грызунов-землероев, дождевых червей, термитов. До экспансии человека этот вид геохимической миграции атомов играл подчиненную роль.

Под влиянием жизненных форм значительная часть атомов, составляющих земную поверхность, находится в непрерывном интенсивном движении. Возрастает сила влияния живого вещества на планету, увеличивается ее воздействие на косное (неживое) вещество биосферы. Ученый констатировал, что в XX в. началось преобладание геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.

С появлением человеческого общества на планете эта сила смещает пути и направления геохимических планетарных процессов. Сила действует стихийно, в своих эффектах проявляется вне сознания творящего ее человечества. Скорость социальной эволюции вместе со всеми деструктивными воздействиями на биосферу в настоящее время на 3-5 порядков выше скорости биологической эволюции, и в результате биосфера не может приспособиться к техногенным изменениям. Отсюда следует, что адаптация в системе «природа - общество» может осуществляться только в одностороннем порядке: человек зависим от законов биосферы, которые обязательны для любого живого существа на нашей планете. Необходимо направить усилия людей на изучение и поддержание естественных механизмов саморегуляции и самоорганизации на планетарном уровне.

Таким образом, коадаптационная стратегия в отношении биосферы должна включать сокращение населения Земли, ограничение потребления,

5. Меняющиеся факторы среды обитания и здоровье населения становление биоцентрического мышления, что может привести к снижению антропогенной нагрузки на биосферу.

Человеческий организм, равно как организмы животных, растений и других биологических объектов, рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой (биотической и абиотической). Ген, клетка, организм, популяция, сообщество (биоценоз) - главные уровни организации жизни - биотические компоненты биосистем, которые вместе с абиотическими компонентами образуют среду обитания организмов. Совокупность организмов, объединяемых единым генофондом (биологический вид), составляет видовую популяцию. В природе существуют биологические сообщества - биоценозы, т. е. совокупность совместно обитающих популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных. Биоценоз занимает некое пространство, называемое биотопом, компоненты которого активно взаимодействуют между собой. Эта совокупность абиотических и биотических компонентов имеет определенный тип обмена веществ, энергии и информации, образуя экосистему.

Биологический объект отличается от неживой природы клеточной организацией и обменом веществ; исключение составляют вирусы - возможно, они являются «переходной формой» от неживой к живой материи? Вирус не имеет клеточного строения, и к тому же некоторые из них, например вирус табачной мозаики, могут существовать в виде «частицы», которая не имеет обмена веществ с окружающей средой, и в таком виде могут существовать длительное время. Биологический объект имеет свойство, обеспечивающее самовозобновление и поддержание постоянства его внутренней среды - гомеостаз. Живым организмам присущи движение, раздражимость, рост, развитие, размножение и наследственность, адаптация [46].

Биологический организм взаимодействует с абиотической средой как целостная система, включающая все уровни биологической организации. В процессе жизнедеятельности в нем протекают биохимические процессы дыхания (реакции окисления углерода), или фотосинтеза - процесса связывания зелеными растениями энергии ультрафиолетового спектра солнечного излучения, использования углекислого газа и воды для синтеза органического вещества и кислорода. Ночью растения дышат, поглощая кислород и выделяя диоксид углерода, а днем выделяют кислород и поглощают углекислый газ. Обмен веществ в организме возможен только при участии ферментов - катализаторов, которые контролируют биохимические процессы. Фермент контролируется соответствующим геном. Мутации генов могут приводить к изменению биохимического процесса, управляемого этим ферментом.

Регулировать биохимические процессы метаболизма ферментам помогают витамины - вещества, жизненно необходимые для всех организмов в строго определенных количествах. Дефицит или избыток витаминов приводит к заболеваниям. Биологическое значение витаминов для организма очень велико; характер их действия разносторонен и связан с работой всех систем организма. Они активизируют обменные процессы, усиливают сопротивление организма болезням, повышают работоспособность человека. Реакции метаболизма регулируются также особыми химическими веществами - гормонами, которые вырабатываются железами внутренней секреции, доставляются током крови или в процессе диффузии в нервную систему.

Процессы метаболизма протекают в течение всего периода индивидуального развития организма - онтогенеза, который представляет совокупность последовательных морфологических, физиологических, биохимических преобразований. Животные в онтогенезе проходят ряд стадий своего развития: зародышевую, послезародышевую и взрослого организма; зародышевая заканчивается выходом зародыша из яйцевой оболочки, у живородящих - рождением. В онтогенезе организма различают рост, развитие, в процессе которого происходит формирование взрослого организма. Старение - ослабление биологических функций, завершающееся смертью. До сих пор не существует единой общепринятой теории об этом прискорбном процессе. Одна из теорий рассматривает старение как закономерный, генетически обусловленный и запрограммированный этап жизни, другая - как случайное событие, обязанное накоплением столь же случайных «ошибок».

Уже известно, что начиная с 35 лет процессы деструкции в человеческом организме постепенно начинают превалировать над восстановительными, далее они прогрессируют, и человек стремительно стареет. Старение складывается из старения клеток, старения тканей, старения физиологических отправлений организма. Этот процесс обязан своим патогенетическим эффектом гипоксии - угнетению основного окислительного обмена.

Процесс старения можно представить как нарастание энтропии, т. е. снижения и в дальнейшем коллапса энергетического обмена организма с внешним миром. Его ускорение, которое заканчивается преждевременной смертью, происходит вследствие расточительного расходования адаптационных потенций организма, призванных обеспечивать его реабилитацию после разнообразных болезненных состояний. Иррационально мыслящий субъект, ведущий неупорядоченный образ жизни, с многочисленными вредоносными привычками, способствует ускорению сокращения жизни.

Процессы в онтогенезе - это необходимое, существенное звено функционирования всего живого. Но они могут быть нарушены на любом отрезке действием различных факторов загрязнения окружающей среды (тератогенный эффект) и привести к появлению уродств или гибели организма.

Биосфера - приземный слой атмосферы (несколько десятков метров над поверхностью растительного покрова или над океаном), поверхностные слои земной коры (по горизонту грунтовых вод), гидросфера Земли (в океане - фотический слой около 100 м). Биота биосферы обуславливает большую часть химических превращений на планете.

В. И. Вернадский об огромной преобразующей геологической роли живого вещества. Суммарная биомасса биосферы в пересчете на сухое вещество составляет около 2 трлн тонн. Общее количество энергии, преобразуемое живыми организмами, составляет 1022 Дж. Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей, растения и другие организмы выполняют фундаментальные биогеохимические функции.

Газовая функция. Живые организмы постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания. Растения сыграли решающую роль в переходе от восстановительной среды к окислительной в геохимической эволюции планеты. Они играют решающую роль в формировании газового состава атмосферы, контролируют концентрации кислорода и углекислого газа, оптимальные для живого.

Концентрационная функция. Живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов. Ранние этапы эволюции проходили в водной среде. Организмы научились извлекать из водного раствора вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле.

Окислительно-восстановительная функция. Живые клетки выступают активными катализаторами химических процессов; например, они могут окислять молекулярный азот в миллионы раз быстрее, чем это происходит в лабораторный условиях.

Информационная функция живого вещества биосферы. Организмы способны к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором. Суммарный запас генетической информации оценивается в 1015 бит, общая мощность потока молекулярной информации биосферы 1035бит/с.

Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены к внешним факторам существования, вместе они образуют мощную средообразующую функцию. Работа растений обусловила состав атмосферы. От состава атмосферы зависит радиационный и тепловой режим на планете, спектральный состав солнечного света. Растительный покров определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности местности. Живые организмы играют решающую роль в самоочищении воздуха, воды, почвы. Благодаря растениям образовалась почва, поддерживается ее плодородие.

Биота одарила человека пищей, одеждой, другими источниками существования. Средообразующая функция биосферы связана с средорегу-лированием. Биота формирует и контролирует состояние окружающей среды.

Поток энергии в биосфере. Солнце дарит Земле колоссальное количество энергии - 2,5 • 1024 Дж/год. Только 0,3 % ее преобразуется в процессе фотосинтеза в энергию химических связей органических веществ и 0,1 % оказывается заключенной в чистой первичной продукции. В соответствии с законом пирамиды, или правилом 10 % Линдемана, с каждой ступени на последующую передается приблизительно 10 % поступившей энергии. Чем больше таких ступеней, тем меньшая доля энергии достается конечному потребителю. Участие разных групп организмов в деструкции органики имеет похожую градацию: около 90 % энергии чистой первичной продукции освобождают микроорганизмы, менее 10 % - беспозвоночные животные и менее 1 % - позвоночные, которые являются конечными консументами. Правило 1 %: для биосферы доля возможного конечного потребления чистой первичной продукции в энергетическом выражении не превышает одного процента.

Поток солнечной энергии образует глобальные физические круговороты воздуха и воды на Земле. Движение воздушных масс обуславливает аэрогенную миграцию веществ, в первую очередь паров воды и пылевых частиц, аэрозолей. Под действием солнечной радиации в атмосфере происходят различные фотохимические реакции - фотолиз воды, образование озона, образование углеводородных смогов и др.

Круговорот воды определяет гидрогенную миграцию веществ, которая состоит из множества процессов. Только вода может находиться в природе в трех фазовых состояниях: твердом, жидком и газообразном. Фазовые переходы воды - её замерзание, таяние, конденсация водяных паров и испарение - связаны с количеством поступающей в различные районы Земли в различные сезоны года солнечной энергии.

Круговорот воды обеспечивает взаимосвязь всех элементов гидросферы: испарение, конденсация, образование облаков, выпадение из них осадков, поверхностный и подземный сток. В глобальный круговорот воды в природе вовлечено около 577 тыс. км3, что составляет 0,04 % от всех ее запасов на Земле. С поверхности океана испаряется 505 тыс. км3, с поверхности суши - 72 тыс. км3, выпадает в виде атмосферных осадков на поверхность океана - 458 тыс. км3, на сушу - 119 тыс. км3 в год. Разность

5. Меняющиеся факторы среды обитания и здоровье населения между осадками и испарением с поверхности океана, равная 47 тыс. км3, представляет собой объем воды, который в виде речного стока поступает в Мировой океан.

Круговорот воды объединяет все водные ресурсы планеты, которые находятся в океане, атмосфере, биосфере, земной коре, обеспечивая, таким образом, единство всех природных вод Земли. Большой круговорот воды состоит из трех составляющих: океанического, атмосферного и материкового. Материковый круговорот включает литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое и хозяйственное звенья, каждое из них отличается определенной скоростью водообмена, специфической структурой всех своих частей.

Таким образом, кроме физических круговоротов воды и воздуха, вызываемых потоком солнечной энергии, в них вовлечены круговороты химических элементов. В значительной части этих процессов участвуют живые организмы.

Биотический круговорот. В круговорот биогенных элементов вовлечены важные для биоты минеральное элементы и множество различных соединений. Поэтому весь циклический процесс химических превращений, обусловленный биотой, называют биогеохимическим круговоротом. Круговорот полностью замкнут. Главным участником биотического круговорота является углерод как основа органических веществ. Масса углерода в биосфере в настоящее время составляет 4 000 Гт. Из них 1 000 Гт приходится на биомассу. Ежегодная продукция биосферы по углероду составляет 90-100 Гт. Такое же количество углерода освобождается в процессах дыхания и деструкции. Период обновления биомассы биосферы по углероду составляет 10 лет.

Несмотря на то, что фотосинтез и деструкция органики проходят множество промежуточных этапов и связаны с деятельностью колоссального числа различных организмов и экосистем, их равенство в биосфере поддерживается с высокой точностью. Современный газовый состав атмосферы оставался неизменным по меньшей мере 104 лет.

Круговорот азота. Азот входит в структуру белков, является лимитирующим биогенным элементом. Колоссальный резерв свободного молекулярного азота в атмосфере лишь в ничтожной степени используется в биотическом круговороте. Соотношение связанного и свободного азота 1:100 000. Энергия химической связи в молекуле азота очень велика, поэтому азотфиксация требует больших затрат энергии; в присутствии катализаторов при температуре 500 °C и давлении 300 атм.

В биосфере фиксация азота осуществляется анаэробными и цианобактериями благодаря высокой эффективности биокатализатора. Считается, что бактерии переводят в связанную форму около 1 млрд т азота в год.

Продукт азотфиксации, аминогруппа, включается в круговорот, являясь основой азотного питания растений.

Круговорот азота в природе сопряжен с круговоротом углерода. Он замкнут настолько, насколько постоянны общая биомасса и состав экосферы, так как доступные для биоты резервы азота в почве и в воде достаточно велики.

Круговорот кислорода. В отличие от углерода и азота, доступного для биоты, кислорода много, отсутствует дефицит. Биотический круговорот кислорода 250 Гт/год, а общее количество в пределах биосферы 1014 т. Кислород - первый по распространенности элемент. Однако для водных организмов необходим кислород, растворенный в воде, его среднее содержание в фотическом слое гидросферы 4,5 мг/л, что на грани выживания биоты. Некоторый дефицит кислорода возникает только в высокогорье, в зонах интенсивного потребления и в искусственных резервациях.

С круговоротом кислорода тесно связано образование озона. В высоких слоях атмосферы под влиянием жесткого ультрафиолетового излучения происходит ионизация и диссоциация части молекул кислорода, образуется атомарный кислород, который немедленно присоединяется к радикалам кислорода, образуя озон. На образование озона тратится 5 % поступающей к Земле солнечной энергии. Реакции легко обратимы.

Поглощая при своем образовании значительную часть жестких ультрафиолетовых лучей, слой озона играет роль защитного экрана для всей биосферы, так как многие молекулярные структуры живых организмов разрушаются под действием жесткого ультрафиолета.

Круговорот фосфора. Фосфор, как и азот, относится к лимитирующим биогенам, но цикл фосфора существенно разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов остается в океанических осадках. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством. Такие же отношения наблюдаются в глобальном круговороте серы и других минеральных элементов, природные резервы которых велики, но относительно мало доступны биоте.

Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготовила возникновение жизни, и биотической эволюции, в ходе которой произошло возникновение жизни (3,5 млрд лет назад).

Образование планеты и ее атмосферы произошло 4,5 млрд лет назад. Первичная атмосфера имела высокую температуру, была восстановительной и содержала молекулы водорода, азота, паров воды, метана, аммиака, инертных газов, возможно - оксида углерода, цианистого водорода, формальдегида. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере произошло за счет ее постепенного остывания и энергии солнечного

5. Меняющиеся факторы среды обитания и здоровье населения излучения. Появляется жидкая вода, формируется гидросфера, круговорот воды, водная миграция элементов и многофазные химические реакции. Благодаря автокатализу происходит образование и рост молекул.

Образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации простых соединений углерода, кислорода, азота, водорода произошло за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов. Произошла аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций и образование макроэргических соединений. Возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего окислительно-восстановительные реакции и аккумуляцию солнечной энергии, привело к зарождению биотического круговорота биосферы. Дальнейшее усложнение органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул, обладающих способностью к редупликации, привело к возникновению молекулярных схем самовоспроизведения.

Структуризация белков, нуклеиновых кислот с участием биомембран способствовала появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению - сначала хемотрофных прокариот, затем эукариот. Возникает биотический круговорот и формируются биосферные функции живых веществ. Развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды означало биопродукцию кислорода, что обуславливало постепенный переход к окислительной атмосфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появляются многоклеточные организмы, наземные растения и животные, что приводит к дальнейшему усложнению биотического круговорота. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации. Достигается высокая степень замкнутости биотического круговорота.

В дальнейшем происходит увеличение биологического разнообразия, усложнение строения и функциональной организации живых существ, биосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете. Полностью сформировались средообразующая функция биосферы и биологический контроль ее гомеостаза. Преобразование среды вследствие деятельности организмов оказывает обратное действие на биоту и уравновешивается ее регулирующей функцией. Далее произошло появление человека - лидера эволюции, возникновение и развитие человеческого общества, вовлечение в техногенез непропорционально больших (по мерам биосферы) потоков вещества и энергии, что нарушает замкнутость биотического круговорота, вызывает антропогенные экологические кризисы и становится негативным фактором эволюции. Приведём краткие характеристики важных экологических факторов ресурсов экосистем и биосферы с точки зрения приспособления к ним живых организмов [23].

Энергия. Главный источник энергии - солнечный свет и пища, она является практически неисчерпаемым ресурсом, её доступность обусловлена постоянным излучением Солнца и климатом, первичной продукцией биосферы. Каковы функции солнечной радиации: плотность потока солнечного излучения, достигающих атмосферы, составляет 1 360 Вт/м2, эта величина называется солнечной постоянной. Часть энергии отражается атмосферой, другая часть поглощается ею и идет на ее нагревание. Около 56 % радиации идет на испарение воды, 44 % - расходуется на нагрев воздуха, воды, земли; менее 1 % - поглощается при фотохимических реакциях. При прохождении солнечного излучения через атмосферу озоновым слоем поглощается коротковолновое ультрафиолетовое излучение, облачным покровом - инфракрасное. Для биосферы радиационный баланс, сложившийся за миллионы лет, является необходимым условием жизни.

Свет. Источник энергии для фотосинтеза. Растения приспособлены к определенной освещенности, которая зависит от сезонной и годовой суммы радиационного баланса. Продолжительность светлого времени суток, фотопериодизм в высоких широтах 14-15 ч, в тропиках 10-11 ч. Фотопериод и температура обуславливают волны жизни.

Пища. Она источник энергии и материал для построения и обновления клеток, для продукции и размножения. Количество пищи определяется чистой первичной продукцией растений. Это 140 млрд т в год сухого вещества фитомассы, в которой заключено 2,3 • 1021 Дж энергии. Все это количество используют гетеротрофы, биомасса их на 2 порядка меньше.

Климатические факторы. Теплофизические процессы в атмосфере реализуются в виде климата. В эколого-климатическую характеристику местности входят колебания температуры, количество осадков, испаряемость, сила и направление ветров, влажность, солнечная радиация.

Температура. Имеет наибольшее экологическое значение, оказывая большое влияние на энергетику биоты. Диапазон на Земле от -88,3 °C (ст. Восток, Антарктида) до +58,7 °C (Ливия). Средняя годовая температура воздуха (без Антарктиды) +15,7 °C, средняя температура гидросферы +3,3 °C. Максимальный температурный диапазон активной жизни для большинства - от 0 до 50 °C, в горячих источниках для микроорганизмов -до 85 °C.

Диапазон неактивного состояния длительное время от 0 до 400 К (криобиоз). Это семена, споры, свободные клетки, низшие беспозвоночные, рыбы, амфибии. Используется криобиоз в восстановительной хирургии, создании генных и репродукционных банков.

Организмы имеют адаптацию к температуре. Эктотермы - подчиненные внешней температуре; эндотермы - поддерживают постоянную высокую температуру тела, песец, полярная сова, белый гусь могут под5. Меняющиеся факторы среды обитания и здоровье населения держивать разность температур тела и среды в 100 °C и более. Приспособление к высокой температуре ограничено, разница на единицы градусов.

Вода. Вода относится к веществам, без которых жизнь невозможна. Живая клетка на 60-99,7 % состоит из воды. Организм взрослого человека массой 65 кг содержит в среднем 40 л воды. Потребность в воде взрослого в сутки составляет около 40 мл на 1 кг массы тела. У детей грудного возраста этот показатель увеличивается на 120-150 мл. Около 300-400 мл воды образуется в организме при окислении белков, жиров, углеводов. На Земле известны организмы, живущие без кислорода - анаэробы; без почвы - гидробионты, водные обитатели, но неизвестна ни одна форма жизни, существующая без воды.

Воды очень много - её общие запасы равны почти 1,5 млрд км3, из этого количества 94 % воды сосредоточено в морях и океанах, 4,7 % составляют подземные воды, в озерах находится 1,6 %, в ледниках - 0,3 %. Основная доля - около 85 % - пресной воды сосредоточена в ледниках и вечных снегах, эти запасы для человека недоступны. Оставшееся количество доступной человеку пресной воды составляет около 0,03 % от её общего количества.

Нельзя, к сожалению, сказать, что к воде мы относимся бережно. Мы еще не осознаем сегодня истинной цены глотка чистой воды. Только в Японии, единственной стране мира, городское хозяйство использует воду трех видов: морскую, пресную хозяйственную и тщательно очищенную питьевую, причем каждая из них имеет свою стоимость. Под рациональным использованием водных ресурсов подразумевается наиболее полное и экономически целесообразное удовлетворение потребностей водопользования и водопотребления, осуществляемое с учетом сохранения природы и охраны вод от загрязнения и истощения.

Вода составляет основу внутренней среды живой клетки, содержит в себе необходимые для жизнедеятельности организмов растворенные вещества, участвует в процессах их массопереноса и других химических превращениях. Вода необходима для протекания большинства физико-химических, биохимических (в том числе ферментативных) процессов, связанных с обменом веществ в живых организмах, внутри клеток.

В растения питательные вещества поступают через корневую систему в виде водных растворов. Без воды невозможен фотосинтез, которому обязана жизнь на Земле. Основной биологический путь трансформации воды - образование молекулярного кислорода и органического вещества (первичной продукции) при восстановлении двуокиси углерода в процессе фотосинтеза.

Наш организм в среднем состоит на 60 % из воды, даже самое «сухое» - кости на 25 % состоят из воды [47]. Ежегодно мы пропускаем через организм количество воды, равное пяти объемам тела, в течение жизни нам необходимо около 25 т воды. Без воды человек может прожить лишь несколько дней; при потере организмом 10 % воды наступает самоотравление, а при потере 21 % - смерть. Вода необходима для функционирования почек, которые выводят из организма вредные вещества. Через почки проходит около половины воды, покидающей тело. Даже без большой физической нагрузки мы теряем в среднем в день от 2 до 3 литров воды с потом, мочой и выдыхаемым воздухом.

Вода регулирует температуру тела в процессе потоотделения, испаряясь с поверхности кожи и дыхательных органов. Выделение воды через кожу зависит от ее площади. Так, для человека с массой тела около 70 кг, занятого легкой трудовой деятельностью в помещении в течение 8 ч, потери воды с потом составляют 0,65 л в сутки. Обмен веществ в организме протекает в водной среде: переваривание пищи, всасывание в кровь питательных веществ. Ежесуточно в желудочно-кишечный тракт выделяется 1,5 л слюны, 2,5 л желудочного сока, 0,7 л сока поджелудочной железы, 3,0 л кишечных соков. Расход воды колеблется в зависимости от внешних условий, индивидуальных особенностей обмена веществ в организме.

Вода также образуется непосредственно в организме в процессе жизнедеятельности - при распаде белков, жиров, углеводов. Например, при окислении 100 г жиров образуется 0,11 л воды, 100 г углеводов -0,05 л. Не случайно значительные жировые отложения наблюдаются как раз у тех животных, которые приспособились длительное время обходиться без поступления воды извне. Вода обладает отличной растворяющей способностью; она растворяет большинство веществ и в гораздо больших количествах, чем другие жидкости. Это её свойство объединяет физические и биологические явления.

Преобладающее большинство живых существ нуждается в пресной воде, суммарный мгновенный объем около 180 тыс. км3 - это 0,013 % общего количества воды на планете. Ресурсы распределены крайне неравномерно, годовое количество осадков - от 0 до 12 500 мм. Более 66 % площади суши занимают территории с отрицательным водным балансом, где испарение превышает выпадение осадков.

Все организмы, так или иначе, несут в себе отпечаток водного происхождения жизни. Особенности водной среды вырабатывают у ее обитателей разнообразные приспособления к температурному, газовому, солевому составу и перемещению в плотной среде, давлению. У кальмаров, рыб, китообразных настолько совершенны средства передвижения в водной среде (морфология, энергетика мышц, колебательная кинематика тела, плавников, водореактивные движители, что их до сих пор не могут превзойти технические средства ни по энергетической эффективности, ни по скорости.

Кислород. Имеет важное физиологическое значение. Концентрация в воздухе - 21 %, в почве и глубоких норах - до 15 %. Мощные механизмы адаптации наблюдаются у ныряющих животных: морские черепахи могут находиться в воде 6 ч, змеи - 2,5 ч, кашалоты -2 ч; глубина погружения у морских животных достигает 1 000 м. Самые ранние формы были анаэробами.

Почва. Почва представляет собой особое природное образование, обладающее только ей присущим строением, составом и свойствами. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, способность обеспечивать рост и развитие растений. Почва является важнейшим компонентом всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почву проходят многочисленные экологические связи организмов с литосферой, гидросферой и атмосферой. Почва - природное тело, находящееся в постоянном длительном и непрерывном развитии - от сотен до нескольких тысяч лет.

Все горные породы поверхности земного шара с момента их образования разрушались в процессе выветривания (гипергенеза). Различают физическое, химическое, биологическое выветривание, которое сводится обычно к физическому и химическому воздействию организмов на горные породы.

Рыхлые, способные впитывать влагу горные породы становились благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий и растительных организмов. Постепенно происходило обогащение верхнего слоя коры выветривания продуктами жизнедеятельности организмов и их остатками. В результате разложения органических веществ в присутствии кислорода происходило накоплении в породе зольных и азотистых соединений. На продуктах выветривания горных пород поселились микроорганизмы и растительность; с этого момента раздробленная горная порода стала почвой, т. е. качественно новым телом, обладающим рядом качеств и свойств, главным из которых является плодородие.

На развитие почвообразовательного процесса непосредственное влияние оказывают те природные условия, в которых он протекает. Важнейшими факторами почвообразования являются состав почвообразующих материнских пород, растительность, животный мир, микроорганизмы, климат, рельеф местности и возраст почв, действие вод (почвенных и грунтовых) и деятельность человека.

Почва, по Вернадскому, - биокостное вещество, состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой фаз; соотношение их неодинаково. В твердой части почвы преобладают минеральные вещества литогенного происхождения. Минералогический состав твердой части почвы во многом определяет ее плодородие. Минеральная составляющая образована химическими элементами, которые входят в состав преимущественно в окисленной фор ме: кремний, алюминий, железо, калий, магний, кальций, углерод, азот, фосфор, сера; в меньшем количестве содержатся медь, молибден, йод, бор, фтор, свинец и другие.

В состав твердой части почвы входит и органическое вещество, попавшее в почву в виде растительных и животных остатков, и новые, специфические гумусовые вещества, получившиеся в результате преобразования этих остатков. Жидкая фаза почвы, почвенный раствор, содержит в почве воду с растворенными в ней минеральными и органическими веществами. Она играет огромную роль в почвообразовании и питании растений; основные химические и биологические процессы в почве могут идти только в водных растворах. Суммарный объем почвенных пор (пороз-ность) составляет от 25 до 60 % объема почвы.

Газообразная фаза, или почвенный воздух, заполняет поры почвы, не занятые водой; соотношение между объемом почвенного воздуха и водой определяется степенью увлажнения почвы. Огромное значение имеет кислород в почве для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. В анаэробных условиях протекают процессы, которые приводят к накоплению в почве таких вредных для растений веществ, как метан, сероводород, аммиак и др.

Живая фаза почвы представлена почвенными организмами и животными; они являются важнейшими компонентами почв, играя активную роль в процессах почвообразования и восстановления плодородия.

Почвы неустойчивы, сильно зависят от связанных с ними сообществ и восстанавливаются намного медленнее, чем другие биологические ресурсы. Глобальное загрязнение почв грозит непредсказуемыми последствиями для самого существования почв.

В промышленных отходах присутствуют вещества, способные оказывать токсическое действие на растения и почвенные организмы. Например, в отходах металлургической промышленности присутствуют соли тяжелых металлов. Особенностью тяжелых металлов является то, что они в микроколичествах почти все необходимы для растений и живых организмов, участвуют в жизненно важных биохимических процессах, однако превышение их содержания приводит к серьезным заболеваниям. Тяжелые металлы накапливаются в почвах, способствуя постепенному изменению ее химического состава, нарушению жизненных функций живых организмов почвы.

Машиностроительная промышленность выбрасывает в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия; при производстве пластмасс и искусственных волокон образуются фенолы, бензольные соединения, стирол; при производстве синтетических каучуков в почву попадают отходы, содержащие катализаторы, некондиционные полимерные смеси;

5. Меняющиеся факторы среды обитания и здоровье населения при производстве резиновых изделий - пылевидные загрязнители (полю-танты), сажа. Хранение и утилизация резиновых шин являются еще нерешенными проблемами, при этом зачастую происходят возгорания. При работе транспорта интенсивно выделяются оксиды азота, соединения свинца, оксиды углерода, углеводороды, которые, попадая в почву, вовлекаются в круговорот, связанный с пищевыми цепями.

Перейдем к связям, описывающим взаимоотношения человека и природы. Задача чрезвычайно сложна, но при некоторых допущениях может быть сведена к очень простой схеме. Возьмем «простой» контур взаимодействий «природа - человек»: при условии равновесности он был бы неотличим от пары «жертва - хищник». Будучи системой с отрицательной обратной связью, она должна быть самоподдерживающейся, авторегу-ляторной. Человек (эксплуататор), пользуясь природой как ресурсом, неизбежно ограничивает и тем самым угнетает сам себя посредством угнетения природы. Но вряд ли можно ограничиться таким уровнем анализа. В действительности, в настоящее время эта система не равновесна и не устойчива. Человек ведет себя так, как будто почти не испытывает ограничений и сопротивления со стороны природы.

На втором этапе развернем компоненты системы следующим образом. «Природа» представлена современной биосферой и подразделена на биоту биосферы и на среду, включая среду обитания человека. Подсистема «человек» выделена как техносфера и подразделена на человека, общество и человеческое хозяйство - экономику, производство, технику.

Техника (в широком понимании) - это совокупность средств человеческой деятельности для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. Она опосредует взаимодействие человека и природы. Подобно тому, как биота биосферы представляет собой совокупность биоценозов, так и современное хозяйство можно представить как совокупность техноценозов, созданных человеком технизированных комплексов. Современное общество преобразует природу посредством техники.

Термин «технократия» {техно - искусство, ремесло, мастерство; кратос - сила, господство, власть, правление) имеет несколько толкований [15].

  • 1. Направление в общественной мысли - общество может регулироваться принципами научно-технической рациональности, ее носителями являются техники, инженеры, ученые (технократы), к которым от предпринимателей и политиков должна перейти власть на предприятиях, в обществе в целом. Технократические концепции отразили возросшее значение науки и специалистов для современного производства. Характерная черта - ориентация на управление социальными процессами на основе техники и узкоспециальных критериев, преуменьшение ценности этического измерения политики.
  • 2. Обозначение слоя специалистов-функционеров, монополизированного производства и государственного аппарата.
  • 3. Общественное движение в США в 30-х гг. XX в., цель которого -достижение всеобщего благосостояния с помощью индустриального переворота в результате научного планирования производства в национальных масштабах.

Может показаться, что категория экономики в этом рассуждении избыточна, поскольку в нем представлены производство и техника, и природе как бы «нет дела» до нематериальной части экономики - денег, цен, кредитов, ренты, прибыли и т. д. Непосредственное воздействие на природу оказывают именно материальные техногенные потоки. Но чтобы понять причины, источники, механизмы техногенного давления на природу, необходимо рассматривать хозяйство в контексте взаимодействия экономики человека и экономики природы.

Контур техносферы имеет положительный знак, поскольку взаимозависимость между людьми и их техникой положительна: человечество растет и наращивает производство для своего дальнейшего роста, т. е. прямая и обратная связи положительны. На протяжении всей истории, и особенно в XX в., система находилась и продолжает находиться в состоянии экспоненциального роста, который лишь частично сдерживается дефицитом ресурсов и лимитирующими факторами среды.

Контур биосферы имеет отрицательный знак, так как взаимодействие между организмами и средой в природе в целом уравновешены: биота биосферы обладает средообразующей функцией и точно контролирует свойства собственной среды, а условия среды лимитируют увеличение массы биоты.

В целом система экосферы обладает свойствами контура с отрицательной обратной связью и должна быть способна к авторегуляции. Благополучие человечества обусловлено двумя сильными положительными связями: одной со стороны экономики, другой - со стороны экологической среды. Сами люди отдают явное предпочтение получению произведенных ценностей. Поскольку население и его потребности растут, увеличиваются и масштабы экономики.

Это увеличение происходит намного быстрее, чем растет КПД экономики, т. е. отношение количества произведенной пользы (ценностей) к количеству использованных для этого веществ и энергии. Следовательно, рост экономики сопровождается и ростом его вредного действия, увеличением негативного техногенного давления на природу, окружающую среду, а через них и на человека.

Способность всей системы к авторегуляции и стабилизации основана на объективных законах природы; она отвечает свойствам природных систем, обеспечивает их устойчивость. Но эта способность не устраивает человека, так как он не любит ограничивать себя. Он обрел небывалую для живых существ потребительскую мощь и привык «покорять природу», брать от нее все больше и больше, не считаясь с ее сопротивлением и ответными ударами. Поэтому сейчас вся система крайне не равновесна; но это временное состояние, оно не может продолжаться как угодно долго.

Сотни миллионов лет существовала устойчивая биосфера, и наши предки сравнительно недавно естественным путем вошли в ее сообщество. Два миллиона лет они жили в согласии с природой, потребляя только то, что им было выделено по естественному закону. Но постепенно они создали неустойчивую, быстро растущую техносферу. И только два столетия она наращивает конкуренцию с породившей ее природой, угнетая другие виды, захватывая чужие ресурсы, осуществляя глобальный экоцид, т. е. уничтожение экологических систем.

Видимо, в пределах такого же масштаба времени по закону обратной связи вся система экосферы должна стабилизироваться, стать равновесной -это неизбежно. Вопрос лишь в том, сохранится ли при этом вся система, подобная нынешней, или останутся только мертвые «памятники» техносферы и измененная биосфера, ограбленная и изуродованная человеком Природа планеты, которой понадобятся миллионы лет, чтобы залечить раны, и которая уже никогда не станет прежней. Социальная психология отвергает возможность гибели человечества. Но каким должно стать стабилизированное и уравновешенное сочетание биосферы и техносферы? Понимают ли люди, что стабилизация должна произойти за их счет? Ведь именно человек запустил бумеранг техногенеза, и сейчас он находится под ударом этого бумеранга!

Вся система - и природа, и человечество - находится сейчас в точке бифуркации, может быть самой драматичной в истории Земли, необходим выбор новой, разумной стратегии. Этот выбор становится важнейшей задачей человечества. Экосфера характеризуется: во-первых, появлением в окружающей среде огромного количества веществ, синтезируемых химической и другими отраслями промышленности, несовместимых с природными (ксенобиотиков); во-вторых, огромным объемом минеральной породы литосферы, добытой и поднятой из недр на поверхность Земли; в-третьих, массовым использованием законсервированных миллионы лет назад в недрах горючих ископаемых; в-четвертых, «металлизацией биосферы» в результате добычи руд и широкого использования металлов и их соединений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >